一种改性聚乙烯醇粘结剂及其制备方法、改性复合集流体技术

本发明专利技术提供一种改性聚乙烯醇粘结剂及其制备方法、改性复合集流体，所述制备方法包括如下步骤：将聚乙烯醇水溶液交替进行冷冻和解冻，得到预交联聚乙烯醇；将所述预交联聚乙烯醇置于锂盐溶液中进行处理，得到所述改性聚乙烯醇粘结剂，其具有双重交联网络和丰富的支链结构，具有高延伸性、优异的粘接性能和补锂效果。包含所述改性聚乙烯醇粘结剂的改性复合集流体能够在辊压延伸时实现自修复，保证导电网络的连接，具有优异的导电性能，并能够对电极材料补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，从而提升了锂离子电池的总容量、能量密度和首次循环库仑效率，使锂离子电池具有更好的电化学性能。学性能。学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚乙烯醇粘结剂及其制备方法、改性复合集流体


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种改性聚乙烯醇粘结剂及其制备方法、改性复合集流体。

技术介绍

[0002]常规的新能源电池采用金属箔材作为集流体，一般正极采用铝箔，负极采用铜箔。然而，随着电动汽车和消费类电子产品的普及，人们对具有高能量密度、长循坏寿命的电池产品的需求越来越高，复合集流体应运而生。复合集流体为多层复合材料，通常包括两个金属层和夹设于两个金属层之间的基材。与传统铜箔相比，复合集流体能够节省65％的资源，与传统铝箔相比，复合集流体能够节省85％的资源，因此，复合集流体具有节省资源、安全性高、能量密度高、质量轻、厚度小、更易于加工等特点，随着电池技术的不断发展，复合集流体的市场占有率将逐渐提升，前景十分广阔。
[0003]复合集流体通过在基材的两个表面设置金属层而制成，目前已知的金属层的设置方法包括电镀、蒸镀(物理气相沉积)、化学沉积、磁控溅射、粘合、涂布复合等。比较常用的方法是首先在基材的上下表面采用蒸镀或磁控溅射形成一定厚度的金属层，以使其达到一定的方阻，然后采用电镀或化学镀的方法使金属层加厚，使材料的方阻达到二次电池需要的标准。再例如CN112234211A公开了一种集流体的制备方法，首先通过胶粘剂将经过压延的第一箔材和第二箔材复合在基材两侧，然后采用碱溶液将第一箔材和第二箔材消薄至所需的厚度，使基材与箔材之间紧密复合，并通过压延提高箔材的致密度和复合集流体的安全性。CN116247220A公开了一种复合集流体的制备方法，首先采用蒸镀和电镀的方法将金属薄层镀至可剥离的介质并收卷，将获得的可剥离的铜镀层收卷膜，然后采用涂布复合的方法，即将熔融的高分子材料通过涂布的方式，将两层薄金属镀层粘接复合到一起，在涂布粘接后进行按照一定压力来控制整体厚度，形成金属镀层
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高分子层
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金属镀层的结构。
[0004]目前复合集流体的延伸率为5
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80％，制备复合集流体的基材采用的是高分子材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)等，其具有较高的延伸率，可以提高电池的安全性，容易通过电池的针刺、挤压等安全试验。但是，高的延伸率给集流体的加工过程带来不利影响，具体而言，在极片的制备中，首先在集流体上涂布正极/负极活性材料，然后会进行辊压，以使活性材料压实，提高电池的体积能量密度。对于复合集流体而言，辊压过程中会出现延展，表面金属层会出现裂纹，并且随着延伸增大，裂纹越明显，进而导致集流体的导电性降低，电池性能衰减。除此之外，由于锂离子电池首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI)膜，永久地消耗大量来自正极的锂，造成首次循环的库仑效率(ICE)偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。
[0005]因此，开发一种导电性能优良的复合集流体，以实现电池电化学性能的提升，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性聚乙烯醇粘结剂及其制备方法、改性复合集流体，通过聚乙烯醇、锂盐等原料和制备工艺的设计及相互结合，使所述改性聚乙烯醇粘结剂具有高延展性和优良的粘结性能，其用于改性复合集流体，能够赋予改性复合集流体自修复性能和优异的导电性，并对电极材料进行补锂，从而提升了锂离子电池的电化学性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种改性聚乙烯醇粘结剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0009]将聚乙烯醇水溶液交替进行冷冻和解冻，得到预交联聚乙烯醇；
[0010]将所述预交联聚乙烯醇置于锂盐溶液中进行处理，得到所述改性聚乙烯醇粘结剂。
[0011]本专利技术提供的改性聚乙烯醇粘结剂的制备方法中，首先对聚乙烯醇(PVA)水溶液交替进行冷冻和解冻，该过程有效增强了PVA链间的氢键作用力，促进了PVA晶体的生成，形成一重交联的预交联聚乙烯醇；然后将所述预交联聚乙烯醇置于锂盐溶液中，盐析作用进一步增强了PVA链内的分子间相互作用，使内部形成链间聚集和链缠结，实现二重交联，最终得到“金属锂离子与羟基络合+微晶交联、链缠结交联”的结构。本专利技术通过PVA、锂盐的原料设计、特定制备工艺的设计及相互协同，使制备得到的改性聚乙烯醇粘结剂中具有双重交联网络和丰富的支链结构，具有高延伸、可收缩的结构，并具有优异的粘结性能。
[0012]所述改性聚乙烯醇粘结剂用于改性复合集流体中，基于其高延伸性，能够使改性复合集流体上的导电涂层具有自修复性能，在改性复合集流体辊压延伸时实现自修复，确保导电网络的连接，从而使改性复合集流体具有优异的导电性能。同时，由于锂离子与PVA中羟基的络合作用，所述改性聚乙烯醇粘结剂中引入锂，使改性复合集流体能够对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，从而提升了锂离子电池的总容量、能量密度和首次循环库仑效率(ICE)，赋予锂离子电池更加优异的电化学性能。
[0013]本专利技术中，所述聚乙烯醇水溶液中包括聚乙烯醇和水，并以水作为主要溶剂。当然，所述述聚乙烯醇水溶液中还可以包括其他可选地溶剂，例如醇类溶剂；所述醇类溶剂示例性地包括但不限于：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]优选地，所述聚乙烯醇的聚合度为1000
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2000，例如可以为1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800或1900，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0015]优选地，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量百分含量为3
‑
50％，例如可以为5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或45％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0016]优选地，所述聚乙烯醇水溶液的制备方法包括：将聚乙烯醇与水混合，得到所述聚乙烯醇水溶液。
[0017]优选地，所述水为热水，温度为90
‑
100℃，例如可以为91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃或99℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0018]优选地，所述混合在搅拌条件下进行，以使PVA快速充分溶解于水中。
[0019]优选地，所述冷冻的温度≤
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10℃，例如可以为
‑
12℃、
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15℃、
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18℃、
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20℃、
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22℃、
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25℃、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性聚乙烯醇粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将聚乙烯醇水溶液交替进行冷冻和解冻，得到预交联聚乙烯醇；将所述预交联聚乙烯醇置于锂盐溶液中进行处理，得到所述改性聚乙烯醇粘结剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇的聚合度为1000
‑
2000；优选地，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量百分含量为3
‑
50％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻的温度≤
‑
10℃；优选地，所述冷冻的时间≥10h；优选地，所述交替进行冷冻和解冻的循环次数≥3。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、氯化锂、硫酸锂中的任意一种或至少两种的组合，优选六氟磷酸锂；优选地，所述锂盐溶液中锂盐的质量百分含量为30
‑
60％；优选地，所述预交联聚乙烯醇在锂盐溶液中的处理时间为4
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12h；优选地，所述预交联聚乙烯醇在锂盐溶液中的处理温度为15
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40℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇水溶液交替进行冷冻和解冻，循环至少3次，得到预交联聚乙烯醇；所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科，唐皞，杨开福，赖山进，宋启超，李学法，张国平，
申请(专利权)人：江阴纳力新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：