制造羧甲基纤维素锂的方法技术

通过用弱酸处理羧甲基纤维素钠以形成羧甲基纤维素的酸自且随后用氯化锂处理所述羧甲基纤维素的酸形式制备羧甲基纤维素锂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
羧甲基纤维素锂(L1-CMC)为用于锂离子(L1-离子)电池中的可能的粘合剂材料。传统的粘合剂系统通常使用聚偏二氟乙烯(PVDF)作为聚合粘合剂且使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为粘合剂的溶剂。氟化粘合剂和有害溶剂证实对安全处理和弃置具挑战性。L1-CMC为可使用水性溶剂传递的替代粘合剂。因此，使用L1-CMC粘合剂可以减少与L1-离子电池的粘合剂系统相关的危险和与粘合剂和溶剂两者相关的弃置问题。但是，制造L1-CMC可能具挑战性。羧甲基纤维素(CMC)由于包括纤维素原料用苛性钠碱性化，接着醚化和中和的特定制造条件而通常可用作钠盐(Na-CMC)。因此，基本上所有可商购的CMC为Na-CMC。CN102206286A公开一种使用盐酸将Na-CMC转化为L1-CMC的方法。所述参照案公开用盐酸水溶液处理Na-CMC，随后用氢氧化锂水溶液处理所得CMC的酸形式(H-CMC)以获得L1-CMC。不幸的是，用盐酸(强酸)处理Na-CMC总体上降解CMC聚合物且存在腐蚀加工设备的风险。另外，所得L1-CMC需要可以通过羧酸根基团的再酯化引起交联的干燥步骤。将Na-CMC转化为L1-CMC的其它方法包括用浓氢氧化锂水溶液处理，接着用氯乙酸醚化。(参见例如马查多，G.D.(Machado，G.D.)等人，《聚合物》(Polimery)，48，4(2003) 273-279 ;和阿布-勒布得(Abuh-Lebdeh)等人，《电源杂志》(Journal of PowerSources)，196(2011)2128-2134)。但是，氢氧化锂具有完全溶解纤维素链以用于后续醚化步骤的不充分强度。也已知使用离子交换柱制备L1-CMC。(参见阿布-勒布得等人，《电源杂志》，213 (2012) 249-254)。但是，离子交换柱方法为仅可产生少量L1-CMC的小批量方法。需要不受现有技术的障碍困扰的制造L1-CMC的较不具挑战性的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种避免现有技术的方法挑战的制造L1-CMC的方法。本专利技术的方法不需要使用如盐酸的强酸，或使用氢氧化锂溶液接着使用乙酸，或使用离子交换柱。出人意料地，本专利技术为发现用弱酸处理Na-CMC以形成CMC酸，接着用氯化锂处理CMC酸在没有与现有技术相关的问题的情况下以安全、有成本效益的方式有效地产生L1-CMC的结果。在第一方面中，本专利技术为一种包含以下步骤的方法:(a)用弱酸处理羧甲基纤维素钠以形成羧甲基纤维素的酸形式；和(b)用氯化锂处理羧甲基纤维素的酸形式以形成羧甲基纤维素锂【具体实施方式】“多个”意指两个或更多个。“和/或”意指“和，或作为一个替代方案”。除非另外指示，否则所有范围包括端点。所有体积百分比在23摄氏度CC)下测定。本专利技术的方法需要用弱酸处理羧甲基纤维素钠(Na-CMC)以形成羧甲基纤维素的酸形式(H-CMC)。弱酸为在溶解于水中时不完全地电离的酸。弱酸的实例包括乙酸、甲酸、氢氟酸、氢氰酸、亚硝酸和氢硫酸根离子。用于本专利技术的此步骤中的尤其合意的弱酸为乙酸。弱酸与强酸形成对比。强酸在溶解于水中时完全解离。强酸的实例包括盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、氢碘酸和过氯酸。合意地，本专利技术的方法在形成H-CMC期间不含强酸。优选地，本专利技术的整个方法不含强酸。Na-CMC合意地具有0.4或更大、优选地0.5或更大、更优选地0.6或更大且同时合意地2.0或更小、优选地1.6或更小、更优选地1.3或更小的取代度。具有在此范围内的取代度确保其为水可溶的。Na-CMC的取代度是指一个脱水葡萄糖单元中已经另一基团取代的羟基(OH)的平均数目。根据ASTM D 1439-03 “用于羧甲基纤维素钠的标准测试方法(Standard TestMethods for Sodium Carboxymethylcellulose);酿化度，测试方法B:非水滴定法(Degreeof etherificat1n，Test Method B:Nonaqueous Titrat1n) ”测定取代度。简单来说，所述方法涉及用冰乙酸在沸腾温度下处理Na-CMC的固体样品以引起等效于carboxymethly钠基团的乙酸根离子的释放。这些乙酸根离子使用过氯酸标准溶液在无水乙酸中滴定为强碱。电位地测定滴定终点。羧酸的其它碱性盐(例如羟乙酸钠和二羟乙酸二钠)类似地表现且经共滴定。一般来说，用弱酸处理Na-CMC以形成H-CMC在水溶液中进行，其中Na-CMC和弱酸添加到水性溶剂中。举例来说，本专利技术的范围内的一种用弱酸处理Na-CMC的方法为通过将Na-CMC分散到溶剂中以形成初始分散液且随后添加弱酸到初始分散液中。溶剂包含水和一种或一种以上可与水混溶或可溶于水中的有机共溶剂。合意的共溶剂包括醇和丙酮中的任一种或一种以上的组合。用作共溶剂的合适的醇包括选自以下中的一种或一种以上的任何组合:甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇以及丁醇异构体。水性溶剂由水和共溶剂组成。按总溶剂体积计，共溶剂通常占70体积百分比(体积％)或更大、优选地80体积％或更大且可以是90体积％或更大且同时通常占95重量％或更小，且可以是90重量％或更小、85重量％或更小和甚至80重量％或更小。同时，按总溶剂体积计，水通常占5重量％或更大、优选地10重量％或更大且可以是15重量％或更大，而同时通常占30体积％或更小、优选地20体积％或更小且可以是10体积％或更小。相对于水和共溶剂的组合重量测定水和共溶剂的重量％。Na-CMC转化为H-CMC的温度不重要，只要其在进行转化的压力下低于溶剂的沸腾温度。通常，在10摄氏度Ce)或更高，优选地15°c或更高，更优选地20°C或更高，更优选地22°C或更高的温度下进行转化反应。转化反应可以在25°C或更高，甚至30°C或更高且甚至50°C或更高的温度下运行。合意地，在整个反应中持续搅拌分散液。也合意的是将分散液中的固体浓度维持于15重量百分比(重量％ )或更小、优选地10重量％或更小、更优选地8重量％或更小且同时合意的是将分散液中的固体浓度维持于I重量％或更大、优选地3重量％或更大、更优选地5重量％或更大，其中固体的重量％按固体和溶剂的组合重量计。总反应时间合意地为至少五分钟，优选地15分钟或更多，更优选地30分钟或更多，更优选地45分钟或更多且更优选地60分钟或更多。不存在反应时间的已知技术上限，但实际上，反应时间总体上为两小时或更小。通过用氯化锂处理H-CMC将H-CMC转化为羧甲基纤维素锂(L1-CMC)。一般来说，H-CMC通过在完成Na-CMC的酸化之后的过滤分离且氯化锂溶液添加到经分离的H-CMC中。氯化锂溶液的溶剂通常为如关于将Na-CMC转化为H-CMC所描述的溶剂。合意地，溶剂的水性组分用氯化锂饱和以使溶液中的氯化锂的量最大化。氯化锂与H-CMC反应以形成L1-CMC0 H-CMC转化为L1-CMC合意地在如关于Na-CMC转化为H-CMC所描述的温度下进行。L1-CMC可以通过去除溶剂相分离。优选地，L1-CMC用额外溶剂洗涤以去除杂质。L1-CMC可经干燥以去除残余溶剂。干燥可以在如50°C或更高、55°C或更高、甚至60°C或更高的高温下进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含以下步骤：(a)用弱酸处理羧甲基纤维素钠以形成羧甲基纤维素的酸形式；和(b)用氯化锂处理所述羧甲基纤维素的酸形式以形成羧甲基纤维素锂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·希尔德，HJ·居尔，R·阿登，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US