一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，为乳液

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池材料领域和胶黏剂领域，具体涉及一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂电行业快速发展，磷酸铁锂正极在锂离子电池上得到了越来越多的应用。传统配套磷酸铁锂使用的粘结剂主要为PVDF，其成本较高，且其需使用有毒有机溶剂NMP做溶剂，环境污染较大，毒性较高。粘结剂作为电极粘接材料，其对极片加工性能、电池循环、倍率、容量等性能都有较大影响。如何在保证粘结剂加工性能和电化学性能的同时对PVDF进行水性替代，是新能源行业亟待解决的一大难题。
[0003]现有技术中水性粘结剂目前基本都是溶液胶或者乳液胶单独使用，很难做到力学性能和粘结性能同时兼顾，并且普遍存在的脆片、匀浆困难的问题。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术中水性粘结剂在正极使用时，普遍存在的脆片、匀浆困难的问题，本专利技术的目的是提供一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，该方法制备的水洗粘接剂兼顾力学性能和粘结性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将丙烯腈、丙烯酰胺、β
‑
丙烯酰氧基丙酸与醋酸乙烯酯中的两种以上与丙烯酸混合，得到混合物，然后中和混合物中羧基总的物质的量10％～50％的羧基，得到中和后的单体；将中和后的单体和引发剂加入到水中，得到预反应液，将预反应液在氮气保护下进行聚合反应后中和至中性，得到溶液胶；
[0008]将非极性单体、极性单体、乳化剂与引发剂加入到水中，得到反应体系，将反应体系乳化后，得到预乳液；将预乳液加入到乳化剂溶液中，然后在氮气保护下进行聚合反应，调节pH至6～8，得到乳液胶；
[0009]将溶液胶与乳液胶混合，调节至pH为5～9，得到磷酸铁锂用水系粘结剂。
[0010]进一步的，混合物中丙烯酸的质量百分比为40％～90％。
[0011]进一步的，预反应液中中和后的单体的质量浓度为15～30％，预反应液中引发剂的质量浓度为0.1％～0.6％。
[0012]进一步的，非极性单体为丙烯酸丁酯、丙烯异辛酯、苯乙烯与醋酸乙烯酯中的一种或两种。
[0013]进一步的，极性单体为丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺与β
‑
丙烯酰氧基丙酸中的一种或两种。
[0014]进一步的，聚合反应的温度均为70～85℃，时间均为2.5
‑
3h。
[0015]进一步的，引发剂均为过硫酸铵或过硫酸钾。
[0016]进一步的，反应体系中，非极性单体占非极性单体与极性单体的总质量的70～98％，极性单体占非极性单体与极性单体的总质量的2％
‑
30％，乳化剂占非极性单体与极性单体的总质量的1％
‑
4％，引发剂占非极性单体与极性单体的总质量的0.1％～0.6％。
[0017]进一步的，乳化剂溶液的质量浓度为0.2％，用量为非极性单体与极性单体总质量的50％。
[0018]进一步的，乳化剂为反应型乳化剂。
[0019]进一步的，反应型乳化剂为DNS
‑
86、JS
‑
20、SR
‑
10、SR
‑
20与SR
‑
30中的一种或多种。
[0020]进一步的，溶液胶与乳液胶的质量比为1:1
‑
2。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0022]本专利技术中通过制备溶液胶和乳液胶，然后采用溶液胶和乳液胶两相聚合，按照非极性单体与极性单体一定比例混合，非极性单体Tg值较低，能够很好的保证胶体的柔韧性，同时少量的极性单体上的羧基，形成氢键，兼顾良好的粘结性能；溶液胶有主单体和功能性单体，主单体是聚丙烯，功能性单体是丙烯腈、丙烯酰胺、β
‑
丙烯酰氧基丙酸与醋酸乙烯酯中的两种以上，主单体上含有丰富的羧基和氰基，很好的保障胶体的粘结性，同时这些基团与锂离子配位，能够一定程度提高导离子性，所有单体属于极性高分子，耐电解液溶胀，使得得到的胶体具备大粘度，水系粘结剂稳定性得到保证。本专利技术采用溶液胶和乳液胶两相混合，可以在保证极片柔韧性、粘结力的同时，保证材料具备良好的循环倍率性能。本专利技术粘结剂不含有机溶剂，为水性匀浆体系，从根本上杜绝有机污染物排放(或回收处理)，大幅度降低环境成本。本专利技术的水系粘接剂在水性体系下，兼顾了加工性能和电化学性能，降低了环境成本。
附图说明
[0023]图1是实例1溶液胶和目前市场上的正极主流粘结剂PVDF的性能对比图。其中，a为容量保持率，b为容量发挥；c为恒流冲入比；d为1C循环。
[0024]图2是实例2乳液胶和目前市场上的正极主流粘结剂PVDF的性能对比图。其中，a为容量保持率，b为容量发挥；c为恒流冲入比；d为1C循环。
具体实施方式
[0025]下面结合附图通过具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0026]聚丙烯酸及其酯类粘结剂作为一种常用粘结剂，以其优异的物理化学性质在多个领域得以应用。基于其优异的电化学稳定性和粘结性能，人们将其引入了锂离子电池。
[0027]本专利技术提出了乳液
‑
溶液物理复合以改善水性粘结剂性能的方法，将溶液聚合所得溶液胶与乳液聚合所得乳液胶以一定配比进行复合(都为水系)，制得了磷酸铁锂用水系粘结剂。该方法所得粘结剂应用时，具备优良的极片加工性能，且电池循环、倍率性能良好，容量发挥正常。
[0028]一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0029]1)溶液胶制备：将丙烯腈、丙烯酰胺、β
‑
丙烯酰氧基丙酸与醋酸乙烯酯中的2种或2种以上与丙烯酸混合，得到混合物，其中，混合物中丙烯酸的质量百分比为40％～90％，然后加入氢氧化钠或氢氧化锂溶液，中和羧基总的物质的量10％～50％的羧基，得到中和后
的单体；
[0030]将中和后的单体和引发剂加入到溶剂中，得到预反应液，其中，中和后的单体的质量浓度为15～30％，引发剂的质量浓度为0.1％～0.6％，将预反应液在氮气保护下进行聚合反应，反应温度为70～85℃，反应2.5
‑
3h后冷却至室温，采用氢氧化钠或氢氧化锂水溶液中和至中性，得到溶液胶，溶液胶的分子量为3000000
‑
2000000。
[0031]溶剂为水，引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
[0032]2)乳液胶制备：以丙烯酸丁酯、丙烯异辛酯、苯乙烯与醋酸乙烯酯中的1种或2种为非极性单体，以丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺与β
‑
丙烯酰氧基丙酸中的1种或2种为极性单体；
[0033]将非极性单体、极性单体、乳化剂与引发剂加入到去离子水中，得到反应体系，将反应体系进行乳化，得到预乳液；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将丙烯腈、丙烯酰胺、β
‑
丙烯酰氧基丙酸与醋酸乙烯酯中的两种以上与丙烯酸混合，得到混合物，然后中和混合物中羧基总的物质的量10％～50％的羧基，得到中和后的单体；将中和后的单体和引发剂加入到水中，得到预反应液，将预反应液在氮气保护下进行聚合反应后中和至中性，得到溶液胶；将非极性单体、极性单体、乳化剂与引发剂加入到水中，得到反应体系，将反应体系乳化后，得到预乳液；将预乳液加入到乳化剂溶液中，然后在氮气保护下进行聚合反应，调节pH至6～8，得到乳液胶；将溶液胶与乳液胶混合，调节至pH为5～9，得到磷酸铁锂用水系粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，其特征在于，混合物中丙烯酸的质量百分比为40％～90％。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，其特征在于，预反应液中中和后的单体的质量浓度为15～30％，预反应液中引发剂的质量浓度为0.1％～0.6％。4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂正极用水系粘结剂的制备方法，其特征在于，非极性单体为丙烯酸丁酯、丙烯异辛酯、苯乙烯与醋酸乙烯酯中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠晓宁，冯立，石凌霄，袁丽只，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：