一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法，综合聚酰胺酰亚胺和聚乙烯亚胺各自的优点，利用原位聚合方法制备出聚酰胺酰亚胺

【技术实现步骤摘要】
一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法、无氟锂离子电池粘结剂在锂离子电池领域中的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有高容量、高能量密度、对环境污染小和长寿命的优点被广泛应用于3C电子产品、电动汽车、混合动力汽车和储能系统。
[0003]目前的锂离子电池正极多用聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂，因为其具有卓越的机械和粘结性能高耐化学性，好的热稳定性、易加工性，在较宽的电压范围内高电化学稳定性。然而同时，PVDF制备条件严苛，其单体作为含氟化物被管控严格，存在价格偏高以及供应不足的问题。分子结构中的F原子电负性高，容易与具有正电性的物质发生反应，如金属离子，从而引入金属杂质。
[0004]丙烯腈粘结剂和丙烯酸粘结剂得到广泛的关注，但是其在使用的过程中，需要添加聚丙烯甲酯
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甲基丙烯酸甲酯等一系列的有机溶剂进行预分散或者混用，造成在直接加工中实际的粘结剂的添加量相对于聚偏氟乙烯粘结剂来说更高，不利于开发一种具有低内阻以及良好的低温循环性能的电池体系。CN114976003A公开了一种无氟粘结剂及其制备方法，在丙烯酸类化合物或丙烯腈类化合物的分子链基表面对分子官能团进行修饰，形成一种稳定的大分子配合物，能够减少正极粘结剂的使用量，并且可以在不改变体系组成的前提下，进一步降低电池的内阻，并能够减少NMP的使用量，提升单体电池的低温性能。CN114597412A公开了一种含有无氟粘结剂的正极浆料在降低正极极片中金属杂质中的用途，通过在正极浆料中加入至少包括两种共聚单体的无氟粘结剂替代现有的PVDF粘结剂，使得含有该无氟粘结剂的正极浆料在制备过程不会与金属搅拌罐发生副反应，从而降低了正极浆料中金属杂质含量。
[0005]聚酰胺酰亚胺粘结剂同样得到广泛的关注，聚酰胺酰亚胺(PAI)是由柔性酰胺基团和耐热酰亚胺环有规则排列的一种热塑性树脂。聚酰胺酰亚胺分子结构中存在大量的酰亚胺基团，因此可以表现出高粘结性。由于酰亚胺基团具有高极性，因此与电极活性物质颗粒、作为电极集流体的金属箔例如铝箔、铜箔的粘结性高。CN103384009A公开了一种粘结剂，电极粘结剂聚酰胺酰亚胺以其前驱体聚酰胺
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酰胺酸化合物的形式存在于水系电极浆料中，该聚酰胺
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酰胺酸化合物完全溶解或大部分溶解于水中。在电极制作过程中实现了水系配料制浆，避免了使用NMP等高沸点、有毒有机溶剂，既节约了有机溶剂成本又避免了环境污染。由于聚酰胺酰亚胺的高粘结性和优异的化学、电化学稳定性，解决PVDF粘结剂高温不稳定、容易在高温条件下分解以及和正极活性材料发生放热反应的问题，提高粘结剂的化学稳定性，改善电池寿命和使用安全。
[0006]聚乙烯亚胺(PEI)是一种效果很好的增粘树脂，但由于聚乙烯亚胺很容易与水性粘合剂中的羧基反应形成凝胶，破坏了水性粘合剂的使用性能。CN108070057A公开了将聚乙烯亚胺与丙烯腈进行缩合反应得到一种聚乙烯亚胺丙烯腈缩合物。所述聚乙烯亚胺丙烯
腈缩合物能以任意比例加入到水性粘合剂(特别是含羧基(
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COOH))体系中，极大地提高粘接性能。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂及其制备方法。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂的制备方法，其包括以下步骤：
[0010](1)在容器中加入适量溶剂，加入苯二胺、马来酰亚胺基酸、催化剂，惰性气氛保护下，升温，回流，反应结束后冷却至室温；将反应冷却至室温后的溶液转移至喷雾干燥机内，喷雾干燥后得到带有酰亚胺基团的氨基酸粉末单体；
[0011](2)在容器中加入适量溶剂，加入适量带有酰亚胺基团的氨基酸粉末单体、乙二醇、乙二胺、锂离子导体粉末以及催化剂，惰性气氛保护下，升温，回流，反应结束后冷却至室温；将反应冷却至室温后的溶液转移至喷雾干燥机内，喷雾干燥后得到聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯亚胺粉末；
[0012](3)加入适量聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯亚胺粉末、锂离子导体粉末混合，并在混合机中搅拌，再将所得的搅拌均匀的混合物加入双螺杆挤出机中，造粒，得到高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂。
[0013]优选地，所述溶剂为DMF；所述苯二胺为对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺中的一种或几种；所述马来酰亚胺基酸为4
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马来酰亚胺基苯甲酸、6
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马来酰亚胺基己酸、2
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马来酰亚胺基乙酸中的一种或几种。
[0014]优选地，所述步骤(1)中催化剂为4
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二甲氨基吡啶、1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯、肌酐中的一种或几种；所述步骤(2)中催化剂为二磷酸钠、亚磷酸钠、焦磷酸二钠中的一种或几种。
[0015]优选地，所述步骤(1)中苯二胺、马来酰亚胺基酸、催化剂的摩尔比为1:1:0.2
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0.3。
[0016]优选地，所述锂离子导体粉末为锆酸锂Li4ZrO4、铌酸锂Li3NbO4、钼酸锂Li2MoO4、钽酸锂Li3TaO4中的一种或几种。
[0017]优选地，所述步骤(2)中带有酰亚胺基团的氨基酸粉末单体、乙二醇、乙二胺、锂离子导体粉末以及催化剂的重量份数分别为10份、10份、3份、2份；所述步骤(3)中聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯亚胺粉末、锂离子导体粉末重量份数分别为20份、2份。
[0018]优选地，所述步骤(1)中升温至120
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130℃，回流10
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15小时，进风口温度为180
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190℃，出风口为200
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210℃；所述步骤(2)中升温至90
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110℃，回流5
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8小时，进风口温度为180
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190℃，出风口为200
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210℃。
[0019]优选地，所述步骤(3)中在干式混合机中搅拌30分钟；再将所得的搅拌均匀的混合物加入双螺杆挤出机中，在170
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200℃的温度下进行挤出造粒。
[0020]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0021](1)综合聚酰胺酰亚胺和聚乙烯亚胺各自的优点，利用原位聚合方法制备出聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯亚胺共聚物，提高了粘结剂的粘结性、化学稳定性，改善电池寿命和使用
安全。
[0022](2)在原位聚合过程中添加锂离子导体粉末混合，不仅大大提高了锂离子的传输性能和离子导电性还可以提高粘结剂的粘结性。
[0023](3)原位聚合制备的聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在容器中加入适量溶剂，加入苯二胺、马来酰亚胺基酸、催化剂，惰性气氛保护下，升温，回流，反应结束后冷却至室温；将反应冷却至室温后的溶液转移至喷雾干燥机内，喷雾干燥后得到带有酰亚胺基团的氨基酸粉末单体；(2)在容器中加入适量溶剂，加入适量带有酰亚胺基团的氨基酸粉末单体、乙二醇、乙二胺、锂离子导体粉末以及催化剂，惰性气氛保护下，升温，回流，反应结束后冷却至室温；将反应冷却至室温后的溶液转移至喷雾干燥机内，喷雾干燥后得到聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯亚胺粉末；(3)加入适量聚酰胺酰亚胺
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聚乙烯亚胺粉末、锂离子导体粉末混合，并在混合机中搅拌，再将所得的搅拌均匀的混合物加入双螺杆挤出机中，造粒，得到高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为DMF；所述苯二胺为对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺中的一种或几种；所述马来酰亚胺基酸为4
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马来酰亚胺基苯甲酸、6
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马来酰亚胺基己酸、2
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马来酰亚胺基乙酸中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中催化剂为4
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二甲氨基吡啶、1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯、肌酐中的一种或几种；所述步骤(2)中催化剂为二磷酸钠、亚磷酸钠、焦磷酸二钠中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种高离子导电性的无氟锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中苯二胺、马来酰亚胺基酸、催化剂的摩尔比为1:1:0.2
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0.3。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宝泉，曹华伟，佟锐，徐四喜，
申请(专利权)人：深圳好电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：