一种水溶性聚离子液体粘结剂制造技术

本发明专利技术提供一种水溶性聚离子液体粘结剂，通过分子设计，将极性基团引入聚离子液体中，并聚合形成一种水溶性的聚离子液体，使得聚离子液体的极性增加，能够溶解在极性较大的水溶液中。该聚离子液体具有良好的粘结性能和良好的导电性能，在作为粘结剂使用时，能够有效降低与导电剂和活性物质之间的电阻，提高电池的循环容量。循环容量。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性聚离子液体粘结剂


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种水溶性聚离子液体及其作为粘结剂的应用。

技术介绍

[0002]自锂电池诞生至今，其发展经过了多次的变革。但无论何时，其组成中的粘结剂虽然占比很小，但扮演着及其重要的作用，并且粘结剂高分子聚合物的某些特性也会为电池带来意想不到的影响。随着应用端对电池的要求越来越高，开发出先进的电池粘结剂显得尤为重要。
[0003]目前，在规模化生产极片时，一般仍采用油相涂布技术。其所用的粘结剂主要是含氟聚合物粘结剂，如聚偏氟乙烯(PVDF)，常用的溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，在制备过程中溶剂的挥发既污染环境，又危害操作人员的健康。另外其溶剂成本也较高，增加了锂离子电池的生产成本。
[0004]聚离子液体具有优异的热稳定性、不燃烧、电化学稳定窗口宽等优点，同时也具有优异的可加工性、柔韧性优点，是一种非常有前景的材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种水溶性聚离子液体，通过分子设计，将极性基团引入聚离子液体中，并聚合形成一种水溶性的聚离子液体，使得聚离子液体的极性增加，能够溶解在极性较大的水溶液中。
[0006]本专利技术首先提供了一种水溶性聚离子液体粘结剂，具有式I的结构：
[0007][0008]其中，A为咪唑基或吡啶基；B为含有腈基、氨基、羧基、羟基、或磺基的极性基团；X
‑
为卤素，具体为Cl、Br、I；n为大于1的整数；B和X
‑
均连接于A的咪唑环或吡啶环上的同一N原子上。
[0009]进一步，所述B为具有式II的取代基，其中，m为M/2，M为正整数，优选为2
‑
6；R1为腈基、氨基、羧基、羟基、或磺基。合适的碳链长度一方面能够降低位阻促进聚离子液体的聚合反应，另一方面能够保持极性基团较强的极性，提高其对咪唑环或吡啶环的吸电子作用，从而促进N原子的电离作用，提高水溶性。
[0010][0011]进一步，咪唑环或吡啶环上，与所述B和X
‑
连接的N原子位于与主链连接的原子的非邻位上。
[0012]其中，为更加适用于粘结性能的需要，水溶性聚离子液体粘结剂的分子量控制在1000～1000000，优选为5000～50000。另外，可以将水溶性聚离子液体粘结剂的粘度控制在1000～500000mPa
·
s，优选为6000～10000mPa
·
s。合适的分子量表明聚离子液体具有合适的聚合度，可获得合适的分子强度，在进行粘结时在颗粒间发挥适宜的柔性和刚度；合适的粘度更有利于粘结，并与颗粒之间相互连接。极性基团的接入，更有利于聚离子液体的与水的亲和性，并在以水为溶剂制作浆料时，更容易与被粘结颗粒之间发生润湿，促进粘结效果。
[0013]本专利技术上述水溶性聚离子液体粘接剂的制备方法包括下述步骤：
[0014]S1：将乙烯基咪唑或乙烯基吡啶与含卤素和极性基团的烷烃进行季铵化反应，得到咪唑环或吡啶环上的同一N原子上同时连接有式II的取代基和卤素离子的乙烯基咪唑或乙烯基吡啶；
[0015]其中，所述含卤素和极性基团的烷烃具有式III的结构，m为M/2，M为正整数，优选为2
‑
6；R1为腈基、氨基、羧基、羟基、或磺基；X为卤素，具体为Cl、Br、I；
[0016][0017]本步骤的反应路线如下：
[0018][0019]S2：步骤S1获得的产物进行烯键的加成聚合反应，得到目标水溶性聚离子液体；
[0020]本步骤的反应路线如下：
[0021][0022]在上述步骤中：
[0023]所述步骤S1在40
‑
80℃下反应24
‑
48h，反应溶液优选为乙酸乙酯。
[0024]所述步骤S2具体操作方法为，向步骤S2得到的产物中加入引发剂，加热或光照条件下进行聚合反应，得到水溶性聚离子液体产物。
[0025]进一步，所述步骤S1中，反应完成后还包括提纯操作，具体包括在80℃与10mbar下蒸馏40min，蒸馏结束后用乙酸乙酯洗涤的过程；
[0026]进一步，所述步骤S2中，热聚合聚合温度为40～80℃，优选为50～60℃，聚合时间为3～12h，优选为4～6h；光聚合采用365nm紫外光，光照时间为5s
‑
10min；引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、二烷基过氧化物、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢等热引发剂或2
‑
羟基
‑
甲基苯基丙烷
‑1‑
酮、1
‑
羟基环己基苯基甲酮、2
‑
甲基
‑1‑
(4
‑
甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉基
‑1‑
丙酮、双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦等光引发剂中的一种或者多种。
[0027]进一步，所述步骤S2中，引发剂为水溶性聚离子液体单体质量的0.1
‑
5wt％。
[0028]本专利技术还提供了一种水系浆料，包括上述水溶性聚离子液体粘接剂。
[0029]其中，所述水溶性聚离子液体粘接剂在浆料中的质量比为1
‑
10wt％。
[0030]进一步，所述浆料以重量计包括下述组分，水溶性聚离子液体粘接剂：导电剂：活性物质＝(1～10):(1～20):(70～98)。
[0031]更进一步，所述活性物质包括正极材料如磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴铝三元、镍钴锰三元、硫、硫碳复合材料、硫化物等其中一种，或两种及以上构成的混合物或复合物；负极材料如石墨、软碳、硬碳、碳纤维、多孔碳、炭黑、石墨烯、碳纳米管、钛酸锂、纳米硅、硅碳复合物、氧化硅、单质锡、氧化锡、锡钴碳、金属锂、金属钠、金属镁等的一种，或两种及以上构成的混合物或复合物。所述导电剂包括石墨、软碳、硬碳、碳纤维、多孔碳、炭黑、石墨烯、碳纳米管等的一种，或两种及以上构成的混合物或复合物。
[0032]本专利技术产生的有益效果是：1.这种聚离子液体粘结剂溶于水，能够采用水作为溶剂制备浆料，具有环境友好的优点。2.这种聚离子液体粘结剂具有耐高温、不燃烧的优点。3.同时该聚离子液体具有良好的粘结性能和良好的导电性能，在作为粘结剂使用时，能够有效降低与导电剂和活性物质之间的电阻，提高电池的循环容量。
附图说明
[0033]下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。
[0034]图1
‑
5分别为实施例1
‑
5的分子量结果图。
[0035]图6
‑
11分别为实施例1
‑
5和对比例的首周放电比容量与容量保持率结果图。
具体实施方式
[0036]下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性聚离子液体粘结剂，具有式I的结构：其中，A为咪唑基或吡啶基；B为含有腈基、氨基、羧基、羟基、或磺基的极性基团；X
‑
为卤素，具体为Cl、Br、I；n为大于1的整数；B和X
‑
均连接于A的咪唑环或吡啶环上的同一N原子上。2.根据权利要求1所述的水溶性聚离子液体粘结剂，其特征在于，所述B为具有式II的取代基，其中，m为M/2，M为正整数，优选为2
‑
6；R1为腈基、氨基、羧基、羟基、或磺基；进一步，咪唑环或吡啶环上，与所述B和X
‑
连接的N原子位于与主链连接的原子的非邻位上。3.根据权利要求1所述的水溶性聚离子液体粘结剂，其特征在于，所述水溶性聚离子液体粘结剂的分子量控制在1000～1000000，优选为5000～50000；粘度控制在1000～500000mPa
·
s，优选为6000～10000mPa
·
s。4.权利要求1
‑
3任一项所述的水溶性聚离子液体粘接剂的制备方法，包括下述步骤：S1：将乙烯基咪唑或乙烯基吡啶与含卤素和极性基团的烷烃进行季铵化反应，得到咪唑环或吡啶环上的同一N原子上同时连接有式II的取代基和卤素离子的乙烯基咪唑或乙烯基吡啶；其中，所述含卤素和极性基团的烷烃具有式III的结构，m为M/2，M为正整数，优选为2
‑
6；R1为腈基、氨基、羧基、羟基、或磺基；X为卤素，具体为Cl、Br、I；S2：步骤S1获得的产物进行烯键的加成聚合反应，得到目标水溶性聚离子液体。5.根据权利要求4所述的水溶性聚离子液体粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1在40
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80℃下反应24
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48h，反应溶液为乙酸乙酯；所述步骤S2具体操作方法为，向步骤S2得到的产物中加入引发剂，加热或光照条件下进行聚合反应，得到水溶性聚离子液体产物。6.根据权利要求5所述的水溶性聚离子液体粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，反应完成后还包括提纯操作，具体包括在80...

【专利技术属性】
技术研发人员：付道松，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：