亲水性碳酸锂三元共聚物及其制备方法技术

一种亲水性碳酸锂三元共聚物及其制备方法，所述亲水性碳酸锂三元共聚物包括了由偏氟乙烯单体组成的聚偏氟乙烯结构单元、由乙烯基吡咯烷酮单体组成的乙烯基吡咯烷酮结构单元和乙烯基

【技术实现步骤摘要】
亲水性碳酸锂三元共聚物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种锂离子聚合物及其制备方法，尤其涉及一种亲水性碳酸锂三元共聚物及其制备方法，属于锂离子聚合物电池生产制造


技术介绍

[0002]锂离子聚合物电池具有体积小、重量轻、能量密度高、自放电小、无记忆效应、安全性能好、可制成任意形状等特点。
[0003]由于现有的锂离子充电池其电解液较多，可燃性高，在安全方面难以保证，而锂离子高分子聚合物充电电池使用多孔性高分子材料为电解质，减少了电解液，因而不易泄露，能够确保其安全性，因此成为当今最为先进的可充电电池，世界主要科技强国目前都在进行大力的研究和开发。
[0004]锂聚合物电池主要由正极、负极以及隔离纸等构成，目前所开发的锂聚合物电池中，高分子材料主要被应用于正极及电解质上，正极的材料包括有导电性高分子、有机硫磺系化合物，或一般锂离子二次电池所采用的无机化合物，电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质，或是有机电解液。
[0005]伴随着锂离子的循环嵌入和脱出，锂电池的工作过程可以看作是锂离子在两极之间的“往复运动”，因此，作为锂电池使用的聚合物，其材料的电导率、锂离子迁移率和电化学稳定性方面有更高的要求。
[0006]聚偏氟乙烯(英文简称：PVDF)是偏氟乙烯(英文简称：VDF)的均聚物，是一种热塑性含氟聚合物，其分子链的重复单元为-CH
2-CF
2-基团的交替排列，分子链之间可以形成稳定牢固的结合，这种特殊的分子结构决定PVDF氟树脂兼具含氟树脂和通用树脂的特性，具有耐化学腐蚀、耐热耐寒的特点，其耐候性能、疏水疏油性能优异，同时，还具有表面能低、可熔融加工等特性，可以加工形成不同形状的制品，广泛应用于锂电池正极材料、粘结剂、负极材料以及电池隔膜中。
[0007]然而，由于聚偏氟乙烯是结晶性聚合物，结晶度在60～80％之间，介电常数和欧姆电阻高，结晶熔融温度在140℃左右，因此，在电池通常的使用温度下，纯粹使用PVDF聚合物作为电池材料，其结晶性单元会阻碍电解液体中离子的传输，从而大大降低了离子的传输效率，严重影响了锂电池的充放电性能。
[0008]此外，PVDF的疏水特性会减弱电解液吸附能力，降低锂离子“往复运动”的迁移率，因此，对PVDF均聚物进行化学结构优化，以期制备得到性能优异的聚偏氟乙烯多元共聚物，有效提高PVDF的锂离子迁移率具有非常重要的意义。
[0009]目前，针对锂电池中PVDF存在的缺陷，大多采用共混引入诸如碳酸锂这样的导电剂来提高材料的离子传输性能，例如：
[0010]专利技术专利申请(申请号：201610061070.7)提供的《一种高安全锂离子电池正极浆料及其制备方法》；
[0011]专利技术专利申请(申请号：201811642119.3)提供的《一种用于锂电池负极的泡沫石
墨片及其制备方法》；
[0012]专利技术专利(申请号：201610887432.8)提供的《一种高容量高安全性能锂电池正极及其制备方法》等。
[0013]然而，导电剂的加入虽然能有效提高材料的电化学性能，但会降低PVDF与其他材料的相容性，减弱聚合物材料本身的粘结力以及粘结力的持久性，导致电极粘合剂层容易从集电体上部分或全部剥离，负荷特性变差，产生容量劣化等问题。

技术实现思路

[0014]为克服相关技术的不足，本专利技术特提供一种亲水性碳酸锂三元共聚物及其制备方法，目的在于：
[0015]保留现有PVDF的结构优势并克服PVDF存在的缺陷；同时，引入锂离子的高效传输结构单元，构建锂离子的高速传输通道，优化锂离子的传输效率并提高锂电池的离子电导率，降低电池在充电过程中的极化，提高电池的充放电性能；此外，通过引入亲水基团，改善PVDF共聚物的亲水性能，有效增加电解液的吸附能力和锂离子的迁移速率；另外，通过引入大量的极性基团，有效调控共聚物的粘度、溶解度和结晶度等物理性能，为锂电池的进一步研究和应用提供重要的聚合物材料。
[0016]为达上述目的，本专利技术首先提供一种亲水性碳酸锂三元共聚物。
[0017]一种亲水性碳酸锂三元共聚物，为包括：
[0018]x摩尔份偏氟乙烯单体组成的聚偏氟乙烯结构单元(A)、y摩尔份乙烯基吡咯烷酮单体组成的乙烯基吡咯烷酮结构单元(B)和z摩尔份乙烯基-烷基碳酸锂单体组成的乙烯基-烷基碳酸锂结构单元(C)三种化合物结构单元组成的共聚物；
[0019]且所述共聚物具有如下结构通式：
[0020][0021]进一步的：
[0022]所述聚偏氟乙烯结构单元、所述乙烯基吡咯烷酮结构单元和所述乙烯基-烷基碳酸锂结构单元各自的摩尔份分数分别为：
[0023]x/(x+y+z)＝0.55～0.85，y/(x+y+z)＝0.05～0.35，z/(x+y+z)＝0.10～0.40；且
[0024]所述乙烯基-烷基碳酸锂单体中：
[0025]n为≥1的整数。
[0026]更进一步的：
[0027]所述聚偏氟乙烯结构单元、所述乙烯基吡咯烷酮结构单元和所述乙烯基-烷基碳酸锂结构单元各自的摩尔份分数分别为：
[0028]x/(x+y+z)＝0.60～0.80，y/(x+y+z)＝0.10～0.30，z/(x+y+z)＝0.10～0.30；且
[0029]所述乙烯基-烷基碳酸锂单体中：
[0030]n为2～6的整数。
[0031]进一步的，本专利技术还提供一种上述亲水性碳酸锂三元共聚物的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0032]在反应装置中，分别加入偏氟乙烯单体、乙烯基吡咯烷酮单体和乙烯基-烷基碳酸锂单体以及引发剂，采用聚合反应法共聚制成所述亲水性碳酸锂三元共聚物；
[0033]其反应式为：
[0034][0035]进一步的，上述制备方法中：
[0036]所述反应装置为高压反应釜；
[0037]所述分别加入偏氟乙烯单体、乙烯基吡咯烷酮单体和乙烯基-烷基碳酸锂单体以及引发剂步骤中，具体包括：
[0038]在所述高压反应釜中，首先加入乙烯基吡咯烷酮单体、乙烯基-烷基碳酸锂单体和引发剂，反复抽空除去氧气，然后，在氮气氛围下充入偏氟乙烯单体气体，且使所述高压反应釜内的压力保持在1.25～1.85MPa之间；
[0039]所述采用聚合反应法共聚制成所述亲水性碳酸锂三元共聚物步骤中，具体包括：
[0040]将所述高压反应釜内的物料缓慢升温至75～135℃，在机械搅拌下通过聚合反应法反应24小时，然后冷却至室温，释放未反应气体，得到亲水性碳酸锂三元共聚物乳液，所述乳液经乙醇溶液破乳后得到破乳液，所述破乳液经洗涤除去乳化剂和未反应的所述偏氟乙烯单体、所述乙烯基吡咯烷酮单体和所述乙烯基-烷基碳酸锂单体后，烘干即得所述亲水性碳酸锂三元共聚物。
[0041]进一步的：
[0042]所述引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮化合物或过硫酸盐中的一种；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水性碳酸锂三元共聚物，其特征在于，为包含：x摩尔份偏氟乙烯单体组成的聚偏氟乙烯结构单元(A)、y摩尔份乙烯基吡咯烷酮单体组成的乙烯基吡咯烷酮结构单元(B)和z摩尔份乙烯基-烷基碳酸锂单体组成的乙烯基-烷基碳酸锂结构单元(C)三种化合物结构单元组成的共聚物；且所述共聚物具有如下结构通式：2.根据权利要求1所述的亲水性碳酸锂三元共聚物，其特征在于：所述聚偏氟乙烯结构单元、所述乙烯基吡咯烷酮结构单元和所述乙烯基-烷基碳酸锂结构单元各自的摩尔份分数分别为：x/(x+y+z)＝0.55～0.85，y/(x+y+z)＝0.05～0.35，z/(x+y+z)＝0.10～0.40；且所述乙烯基-烷基碳酸锂单体中：n为≥1的整数。3.根据权利要求1所述的亲水性碳酸锂三元共聚物，其特征在于：所述聚偏氟乙烯结构单元、所述乙烯基吡咯烷酮结构单元和所述乙烯基-烷基碳酸锂结构单元各自的摩尔份分数分别为：x/(x+y+z)＝0.60～0.80，y/(x+y+z)＝0.10～0.30，z/(x+y+z)＝0.10～0.30；且所述乙烯基-烷基碳酸锂单体中：n为2～6的整数。4.一种权利要求1～3中任意一项所述的亲水性碳酸锂三元共聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在反应装置中，分别加入偏氟乙烯单体、乙烯基吡咯烷酮单体和乙烯基-烷基碳酸锂单体以及引发剂，采用聚合反应法共聚制成所述亲水性碳酸锂三元共聚物；其反应式为：5.根据权利要求4所述的亲水性碳酸锂三元共聚物的制备方法，其特征在于：所述反应装置为高压反应釜；
所述分别加入偏氟乙烯单体、乙烯基吡咯烷酮单体和乙烯基-烷基碳酸锂单体以及引发剂步骤中，具体包括：在所述高压反应釜中，首先加入乙烯基吡咯烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：景浩，
申请(专利权)人：氟金上海新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：