一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：步骤1、称取0.01～0.1重量份的生物质材料，0.001～0.010重量份的金属盐溶解于8～15重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；步骤2、取聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，按照生物质材料占聚丙烯酸酯质量的0.1％～1％，量取步骤1所得的混合溶液缓慢滴加入聚丙烯酸酯乳液中，在20～80℃下搅拌反应6～10h，即得到生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂；制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂既保留了聚丙烯酸酯良好的柔韧性，又有效提高了粘附性能、力学性能和电化学性能，制备方法简单，且以水作溶剂，安全环保、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能材料
，涉及复合粘结剂，具体涉及一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在电子产品、电动汽车等能源存储系统不断增长的电力需求的推动下，过去几十年中，人们不断致力于高能量密度的锂离子电池的研究。硅因具有较高的理论比容量被认为是一种很有前途的负极材料。但是在循环的过程中，硅会发生巨大的体积变化，造成硅粒子粉碎，电极分层，从而导致容量的快速衰减。聚合物粘结剂可以在活性物质和导电剂之间提供内聚力，维持电极的结构完整性，进而提高电池的使用寿命和循环性能。
[0003]水性粘结剂具有无溶剂释放、成本低、安全性高等特点，已成为锂离子电池粘结剂的发展方向。其中，聚丙烯酸酯粘结剂具有良好的成膜性和电化学性能，能够很好地抑制硅基负极的膨胀，提升电池的循环性能。但是，聚丙烯酸酸酯粘结剂也存在粘附力和力学强度不高等不足，使得硅基负极的电化学性能仍然有很大的提升空间。复合粘结剂可以克服单一粘结剂的缺点，对促进硅基负极的产业化应用具有重大意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂及其制备方法和应用，既保留了聚丙烯酸酯良好的柔韧性，又有效提高了粘附性能、力学性能和电化学性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，包括以下步骤：<br/>[0007]步骤1、称取0.01～0.1重量份的生物质材料，0.001～0.010重量份的金属盐溶解于8～15重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；
[0008]步骤2、取聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，按照生物质材料占聚丙烯酸酯质量的0.1％～1％，量取步骤1所得的混合溶液缓慢滴加入聚丙烯酸酯乳液中，在20～80℃下搅拌反应6～10h，即得到生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂。
[0009]本专利技术还具有以下技术特征：
[0010]优选的，步骤1中所述的生物质材料包括海藻酸钠、单宁酸、阿拉伯胶、黄原胶和壳聚糖中的任意一种或多种任意比例的混合物。
[0011]优选的，步骤1中所述的金属盐包括氯化铜、氯化铁、氯化锌和氯化钙中的一种或多种任意比例的混合物。
[0012]优选的，步骤2中所述的聚丙烯酸酯一端为含有极性基团的亲水性链段；另一端为ABA结构的疏水性链段。
[0013]进一步的，所述的极性基团包括羧基和酰胺基。
[0014]进一步的，所述的A为聚甲基丙烯酸甲酯链段或聚苯乙烯链段，聚合度为100～
350。
[0015]进一步的，所述的B为聚丙烯酸乙酯链段、聚丙烯酸丁酯链段和聚丙烯酸异辛酯链段中的任意一种，聚合度为：300～700。
[0016]本专利技术还保护一种如上所述的方法制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂及其在锂离子电池硅基负极中的应用。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0018]本专利技术由含有羧基和酰胺基的聚丙烯酸酯作为主链，与金属离子、生物质材料中的极性基团通过金属配位键和氢键相互作用发生交联，得到具有三维网状结构的复合粘结剂，通过金属离子、生物质材料以及聚丙烯酸酯之间的协同效应，既保留了聚丙烯酸酯良好的柔韧性，将其应用于锂离子电池硅基负极，具有较好的粘附性能、力学性能和电化学性能，剥离力可达0.7N，电池在0.1C倍率下首次放电比容量达到534.90mAh
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g
‑1，库伦效率为93.59％；
[0019]本专利技术的复合粘结剂与活性物质之间有丰富的结合位点，使得该粘结剂与活性物质具有较强的界面粘结能力，有利于硅基负极能更好地承受在电极充放电过程中的体积变化；
[0020]本专利技术制备方法简单，且以水作溶剂，安全环保、成本低。
附图说明
[0021]图1为实施例5制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂用作硅氧负极的剥离强度测试图；
[0022]图2为实施例5制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的应力应变曲线；
[0023]图3为实施例5制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的电化学阻抗测试图；
[0024]图4为实施例5制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的首次充放电曲线；
[0025]图5为实施例5制备的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂库伦效率。
具体实施方式
[0026]以下结合实施例对本专利技术的具体内容做进一步详细解释说明。
[0027]以下各实施例中，聚丙烯酸酯一端为含有极性基团的亲水性链段；另一端为ABA结构的疏水性链段；极性基团包括羧基和酰胺基；A为聚甲基丙烯酸甲酯链段或聚苯乙烯链段，聚合度为：100～350；B为聚丙烯酸乙酯链段、聚丙烯酸丁酯链段和聚丙烯酸异辛酯链段中的任意一种，聚合度为：300～700。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
[0030]步骤1、称取0.01重量份的瓜尔豆胶，0.010重量份的氯化铜溶解于15重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；
[0031]步骤2、称取1重量份的聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，将步骤1所得的混合溶液缓慢滴加入聚丙烯酸酯乳液中，在20℃下搅拌反应6h，即得到生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂。
[0032]实施例2
[0033]本实施例提供一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
[0034]步骤1、称取0.03重量份的海藻酸钠，0.008重量份的氯化锌溶解于15重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；
[0035]步骤2、称取30重量份的聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，将步骤1所得的混合溶液缓慢滴加入聚丙烯酸酯乳液中，在30℃下搅拌反应10h，即得到生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂。
[0036]实施例3
[0037]本实施例提供一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
[0038]步骤1、称取0.1重量份的单宁酸，0.001重量份的氯化钙溶解于10重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；
[0039]步骤2、称取55重量份的聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，将步骤1所得的混合溶液缓慢滴加入聚丙烯酸酯乳液中，在40℃下搅拌反应8h，即得到生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂。
[0040]实施例4
[0041]本实施例提供一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
[0042]步骤1、称取0.05重量份的黄原胶，0.005重量份的氯化铁溶解于8重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；
[0043]步骤2、称取100重量份的聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，将步骤1所得的混合溶液缓慢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、称取0.01～0.1重量份的生物质材料，0.001～0.010重量份的金属盐溶解于8～15重量份的去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；步骤2、取聚丙烯酸酯乳液转移至带有冷凝管的反应器中，按照生物质材料占聚丙烯酸酯质量的0.1％～1％，量取步骤1所得的混合溶液缓慢滴加入聚丙烯酸酯乳液中，在20～80℃下搅拌反应6～10h，即得到生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂。2.如权利要求1所述的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的生物质材料包括海藻酸钠、单宁酸、阿拉伯胶、黄原胶和壳聚糖中的任意一种或多种任意比例的混合物。3.如权利要求1所述的生物质/聚丙烯酸酯复合粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的金属盐包括氯化铜、氯化铁、氯化锌和氯化钙中的一种或多种任意比例的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，陈潇雨，罗宗武，刘瑛，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：