[發明專利]一種可加速氧化還原過程的鋰電池粘結劑及其制備與應用

在審

• 申請號: 202310560844.0
• 申請日: 2023-05-18
• 公開（公告）號: CN116598503A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 張效潔;劉新陽;姜曉霞;吉海峰;李孟珂
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

1.一種可加速氧化還原過程的鋰電池粘結劑，其特征為該粘結劑為以下三種化合物之一：

化合物一，PUS，其結構式如下：

其中，n＝50～100；

或者，化合物二，PUSe，其結構式如下：

其中，n＝30～70；

或者，化合物三，PUPEG-2000，其結構式如下：

其中，n＝40～50，m＝10～30。

2.如權利要求1所述的可加速氧化還原過程的鋰電池粘結劑的制備方法，其特征為該方法包括以下三種之一：

方法一，PUS的制備：

將胱胺二鹽酸鹽溶解在無水二甲基亞砜(DMSO)中，先加入三乙胺，攪拌1～2小時后，再加入2,4-甲苯二異氰酸酯，在50～100℃下反應12～24小時，透析后冷凍干燥，得到白色粉末狀產物(PUS)；

其中，每10ml無水二甲基亞砜(DMSO)中加入0.1～0.5mmol胱胺二鹽酸鹽、1～5mmol三乙胺、0.1～0.5mmol?2,4-甲苯二異氰酸酯；

或者，方法二，PUSe的制備：

將硒代胱胺二鹽酸鹽溶解在無水二甲基亞砜(DMSO)中，先加入三乙胺，攪拌1～2小時后，再加入將2,4-甲苯二異氰酸酯，在50～100℃下反應12～24小時，透析后冷凍干燥，得到淡黃色粉末狀產物(PUSe)；

其中，每10ml無水二甲基亞砜(DMSO)中加入0.1～0.5mmol硒代胱胺二鹽酸鹽、1～5mmol三乙胺、0.1～0.5mmol?2,4-甲苯二異氰酸酯；

或者，方法三，PUPEG-2000的制備：

將聚乙二醇在50～100℃下干燥1～2小時后，加入無水二甲基亞砜(DMSO)，得到溶液A；再將2,4-甲苯二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫溶解在無水二甲基亞砜(DMSO)中，得到溶液B，滴加到溶液A中，50～100℃下反應2～3小時后得到預聚物；在無水二甲基亞砜(DMSO)中加入硒代胱胺二鹽酸鹽和三乙胺，攪拌0.1～1小時后得到溶液C，滴加到預聚物中，50～100℃下反應2～3小時后真空中干燥，得到產物PUPEG-2000；

其中，溶液A：每5ml無水二甲基亞砜(DMSO)中加入0.1～0.5mmol聚乙二醇(Mn＝2000)；溶液B：每5ml無水二甲基亞砜(DMSO)中加入1～5mmol?2,4-甲苯二異氰酸酯和3～4mg二月桂酸二丁基錫；溶液C：每5ml無水二甲基亞砜(DMSO)中加入0.5～1mmol硒代胱胺二鹽酸鹽和5～10mmol三乙胺；體積比為，溶液A：溶液B：溶液C：＝(1～5)：(1～5)：(1～5)。

3.如權利要求1所述的可加速氧化還原過程的鋰電池粘結劑的應用，其特征為用于在鋰離子電池負極材料，或者用于在鋰硫電池正極材料。

4.如權利要求3所述的可加速氧化還原過程的鋰電池粘結劑的應用，其特征為所述的用于在鋰離子電池負極材料時，具體包括如下步驟：

將所述的粘結劑與導電劑、負極活性物質、分散劑，球磨混合為漿狀，將其涂于銅箔集流體上，涂覆厚度為15～20μm；60～100℃加熱12小時烘干后，作為鋰離子電池的負極材料備用；

其中，質量比為，粘結劑：導電劑：負極活性物質：分散劑＝(1～6)：(1～5)：(90～98)：(1～5)；

所述負極活性物質為天然石墨、人造石墨、改性石墨、無定型碳材料、納米結構碳材料中的一種；

所述導電劑為乙炔黑、Super?P、多壁碳納米管或石墨烯；分散劑為羥甲基纖維素(CMC)或水(H₂O)；

所述的球磨轉速為300～600r·min^-1條件下混合處理4～8小時；活性物質負載量為1.2～2mg·cm^-2；

所述的鋰離子電池，具體為磷酸鐵鋰作正極，1M?LiPF₆/EC+PC+DEC+EMC(體積比1：0.3：1：1)作電解液，Celgard-2325型號商業隔膜。

5.如權利要求3所述的可加速氧化還原過程的鋰電池粘結劑的應用，其特征為所述的用于在鋰硫電池正極材料時，具體包括如下步驟：

將所述的粘結劑與導電劑、正極活性物質、分散劑，球磨混合為漿狀，將其涂于碳鋁箔集流體上，涂覆厚度為15～20μm；60～100℃加熱12小時烘干后，作為鋰硫電池的正極材料備用；

其中，質量比為，粘結劑：導電劑：正極活性物質：分散劑＝1：1：(5～9)：(30～60)；

所述正極活性物質為單質硫與多壁碳納米管通過“灌硫法”制備的S/C復合材料；

所述導電劑為乙炔黑、Super?P、多壁碳納米管或石墨烯；分散劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)或水(H₂O)；

所述的球磨轉速為300～600r·min^-1條件下混合處理4～8小時；活性物質負載量為1.2～2mg·cm^-2；

所述的鋰硫電池，具體為金屬鋰作負極，Celgard-2400型聚丙烯膜作隔膜，體積比為1：1的二甲氧基乙烷(DME)和1,3二氧戊環(DOL)混合溶液作電解液，其中以雙(三氟甲磺酰基)亞胺鋰(LiTFSI)和0.1M的LiNO₃作為添加劑。