一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法，以及相应的改性绝缘填料、包括该改性绝缘填料的聚丙烯酸类绝缘胶及其制造方法和用途。所述处理绝缘填料的方法包括在等离子体处理容器中先后进行等离子体和硅烷偶联剂处理，得到改性绝缘填料。在此基础上，将自由基聚合合成的聚丙烯酸类聚合物作为基体树脂、分步混合所述改性绝缘填料，制造出绝缘效果优异且与电池正极极片之间粘结力突出的聚丙烯酸类绝缘胶。本发明专利技术的方法利用等离子综合反应器，能够对所述绝缘填料先后完成两种以上改性处理，简化设备、环保高效；还可通过调节聚合物软硬单体的比例，得到优异柔韧性的聚丙烯酸类绝缘胶，价格低廉，适合大规模工业化生产和应用。化生产和应用。化生产和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法


[0001]本专利技术属于填料表面处理领域，尤其涉及一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法，以及包括上述方法的进一步用于电池正极极片的聚丙烯酸类绝缘胶的制造方法，还涉及通过所述制造方法得到的聚丙烯酸类绝缘胶及其用途。

技术介绍

[0002]安全性是电池设计和使用中最受关注的问题之一，当负极极片的活性物质接触到正极的箔材时就会造成短路，容易引发火灾或爆炸等安全事故。研究人员发现在正极极片活性物质边缘涂覆绝缘物质，这样可以避免短路问题。现有技术多是采用环氧树脂、聚偏氟乙烯等和陶瓷类绝缘材料，然而，上述材料均存在一定问题和不足，如含氟材料粘接力有限，价格昂贵且原料供不应求；环氧树脂、丁腈橡胶等聚合物材料的在电解液浸泡后粘结强度低，容易掉粉漏出金属铝出现内短路的风险；陶瓷材料存在硬度高、柔韧性差、难加工等缺点。随着电池工业进入大规模的实用阶段，绝缘填料、绝缘粘合材料的发展制约着电池安全性能的提升，限制了电池的应用范围。
[0003]专利申请CN113659283A公开了一种电芯及其制备方法、锂离子电池，在其极片之间设置的绝缘隔离涂层包括绝缘填料和粘结剂，所述绝缘填料为陶瓷粉末，所述陶瓷粉末包括纳米微孔氧化铝陶瓷粉末、纳米微孔氧化硅陶瓷粉末、纳米微孔氧化镁陶瓷粉末和纳米微孔氮化铝陶瓷粉末中一种或多种。
[0004]专利申请CN109804488A公开了一种具有耐热绝缘层的电极，该电极包含绝缘层，所述绝缘层包含绝缘填料，所述绝缘填料可选金属氧化物和金属氮化物，特别是无机粒子，如铝氧化物(氧化铝)、硅氧化物(二氧化硅)、钛氧化物(二氧化钛)、锆氧化物(氧化锆)、镁氧化物(氧化镁)、氧化锌、钛酸锶、钛酸钡、氮化铝和氮化硅；以及有机粒子，如聚硅氧烷橡胶。
[0005]专利申请CN104466097A公开了一种电极片及含有该电极片的锂离子电池，所述电极片包括绝缘层，所述绝缘层中含有莫氏硬度不超过5的固体绝缘填料，所述固体绝缘材料选自 BaSO4、CaSiO3、γ
‑
AlOOH、CaSO4、聚四氟乙烯中的至少一种。
[0006]上述文献的绝缘层虽都采用了绝缘填料，然而由于绝缘填料的含量较高，且大多粒径较小，其在基体中的分散性、与基体的相容性难以保证，导致产品绝缘性能、力学性能等不均匀、稳定，使得电池类产品存在安全隐患。
[0007]专利申请CN110183693A公开了一种基于等离子体的聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备方法，其中涉及对绝缘填料进行等离子体和硅烷偶联剂处理，提高了纳米绝缘填料粒子在聚合物基体中的分散性。然而，采用等离子体处理、硅烷偶联剂处理以提升表面性能在本领域并不罕见，但常规的操作流程和手段，并不适合尺寸较小的粒子，在各处理工艺的切换环节，颗粒极易飞散，且局部容易聚集，难以收集，将导致后续处理效率和效果降低，一旦泄露还易构成健康风险。
[0008]另外，针对绝缘粘合材料，专利申请CN112029315A公开了一种锂电池正极极片的
绝缘涂层材料，重量成分组成包括：磷酸铁95份重
‑
99份重，PVDF等胶1份重
‑
5份重。其材料本身性质稳定，硬度和耐磨性较陶瓷材料明显降低，且不会引入其他杂质，保证电池性能稳定，该材料便于加工，模具损耗小，生产时不容易积料卡料，产品的良品率高。然而，该专利技术并未关注涂层材料的粘结性能，其选用的PVDF胶，虽然分子链间排列紧密，有较强的氢键，稳定性高、阻燃性强，但其容易掉粉，粘结强度有限，难以满足对正极极片粘结保护的需求，且价格较高，不适于大规模应用。
[0009]专利申请CN113764836A公开了一种用于锂离子电池的绝缘胶水，包括以下重量份：环氧树脂15
‑
30重量份、有机硅树脂6
‑
10重量份、环氧树脂固化剂10
‑
14重量份、丁腈橡胶3
‑
5重量份、三乙醇胺4
‑
8重量份、无机填料10
‑
30重量份，该专利技术能防止负极活性物质接触正极箔材造成短路，可以很好的将不规则的金属外露部位完全致密的覆盖，操作简单，绝缘效果较好。但是，该专利技术制造的胶粘剂与正极极片的粘结强度较弱，容易发生掉粉等现象。
[0010]鉴于聚丙烯酸类胶粘剂的粘结性能优异，且成本低、应用广，将其作为电池正极极片的绝缘粘合材料是较好的选择。专利申请CN113659283A公开了一种采用聚甲基丙烯酸甲酯的用于电池极片的绝缘隔离涂层，其使用了陶瓷粉末作为绝缘填料，但由于绝缘填料并未进一步处理，将导致高含量的绝缘填料在树脂基体中分散难度大，相容性较低，最终影响绝缘隔离涂层整体的绝缘性能及力学性能等综合性能。专利申请CN113683967A公开了一种绝缘胶粘剂及绝缘胶粘剂的制造方法，其中，绝缘胶粘剂按重量份数计，包括如下组分：44
‑
55份的聚氨酯丙烯酸酯齐聚物、37
‑
50份的丙烯酸单体、0.5
‑
1.0份的硅烷偶联剂、5
‑
12份的无机填充物、0.5
‑
1.5份的引发剂。该专利技术提供的绝缘胶粘剂，能够良好的匹配印刷工艺进行施胶，更突出的是，即使是在低温环境下，该绝缘胶粘剂也依然具有良好的力学性能和电绝缘性，但是，该胶粘剂的柔韧性较差，且其柔韧性无法调节，不能满足电池工业的应用需求。
[0011]综上所述，现有的绝缘胶主要是针对绝缘填料、绝缘粘合剂材料进行设计。如何提高绝缘填料的分散性和基体相容性，从而提高绝缘胶的绝缘稳定性，及其与正极极片的粘结强度，同时降低生产成本，并且实现绝缘胶柔韧性的可调节性成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0012]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法、包括上述方法的用于电池正极极片的聚丙烯酸类绝缘胶的制造方法，以及相应制造的聚丙烯酸类绝缘胶及用途。
[0013]具体的，本专利技术提供一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法，包括如下步骤：S1：清洗并烘干等离子综合反应器；所述等离子综合反应器包括双层处理器及其上的可开闭密封盖、气体入口和气体出口、液体入口和液体出口、内部电极；所述双层处理器包括外部容器和容置于所述外部容器的内部筛网层；S2：将绝缘填料放入等离子综合反应器的内部筛网层内；S3: 从所述气体出口对等离子综合反应器抽真空；
S4：所述内部电极间产生等离子体对所述绝缘填料进行处理，等离子体处理条件为：控制产生的电子的能量1
‑
10eV，气体通量0.5
‑
5L/min，处理时间1
‑
5min；S5：将重量百分比为3
‑
8%硅烷偶联剂的溶液通入所述液体入口，在50
‑
80℃处理2
‑
4h，内部筛网层过滤，同时溶液从液体出口排出；S6：从液体入口通入无水乙醇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过等离子体和硅烷偶联剂处理绝缘填料的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：清洗并烘干等离子综合反应器（1）；所述等离子综合反应器（1）包括双层处理器（2）及其上的可开闭密封盖（3）、气体入口（4）和气体出口（5）、液体入口（6）和液体出口（7）、内部电极（8）；所述双层处理器（2）包括外部容器（9）和容置于所述外部容器的内部筛网层（10）；S2：将绝缘填料放入等离子综合反应器（1）的内部筛网层（10）内；S3: 从所述气体出口（5）对等离子综合反应器（1）抽真空；S4：所述内部电极（8）间产生等离子体对所述绝缘填料进行处理，等离子体处理条件为：控制产生的电子的能量1
‑
10eV，气体通量0.5
‑
5L/min，处理时间1
‑
5min；S5：将重量百分比为3
‑
8%硅烷偶联剂的溶液通入所述液体入口（6），在50
‑
80℃处理2
‑
4h，内部筛网层（10）过滤，同时溶液从液体出口（7）排出；S6：从液体入口（6）通入无水乙醇清洗绝缘填料，从液体出口（7）排出清洗液；清洗2
‑
4遍；从气体出口（5）抽真空干燥1.5
‑
2 h。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S5之后，且步骤S6之前，从所述液体入口（6），将DMF通入所述等离子综合反应器（1），绝缘填料的固含量为0.1
‑
0.4g/mL；再通入3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯甲酸的饱和碳酸钠溶液，3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯甲酸的用量为绝缘填料重量的0.5
‑
1.5%，反应6
‑
8h，内部筛网层（10）过滤，同时溶液从液体出口（7）排出。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述等离子综合反应器（1）的旋转轴线相对竖直方向呈一角度倾斜设置，在S4至S6处理期间，沿旋转轴线旋转所述等离子综合反应器（1），以分散所述绝缘填料。4.一种用于电池正极极片的聚丙烯酸类绝缘胶的制造方法，包括权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世建，方旺胜，
申请(专利权)人：拓迪化学上海有限公司，
类型：发明
国别省市：