一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法，涉及锂离子电池电极材料技术领域。该绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，包括以下质量份数原料：壳聚糖9～12份、生物质材料12～20份、导电剂4～9份、苯硼酸3～4份、新癸酸乙烯酯6～8份、丙烯酰甘氨酰胺5～7份、聚硫橡胶6～8份、长链烷基质子酸2～4份、聚苯胺1～4份、去离子水20～160份。通过壳聚糖搭配生物质材料，丰富硫正极内部导电结构，提升硫正极循环稳定性和高倍率下的比容量，再利用混合聚合物提高硫正极的活性材料利用率，最后配合聚硫橡胶、长链烷基质子酸和聚苯胺，减少多硫化锂的穿梭，缓解体积膨胀，提高电池的整体性能。体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池电极材料
，具体为一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]可资源化利用的生物质材料主要包括直接利用光合作用合成有机物的植物，如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、废弃木材和城市垃圾等，还包括间接利用光合作用产物而形成的有机质，如畜禽粪便、蟹壳、虾皮和贝壳等，以及光能自养型的原核生物藻类，生物质高效综合利用领域分布在能源、生态农业、环境修复、建材等，在生物质储能方面，利用生物质材料制备炭材料，用作电池中石墨的替代品，能够有效地提升锂离子电池储能性能。
[0003]锂离子电池具有高能量密度、低自放电率、长循环寿命与高开路电压等优势，在电动汽车、储能电网等新兴领域的应用急剧增加，并且相关技术亦是经历了爆炸式的发展，锂离子电池电极通常采用将活性材料和炭黑用聚合物粘结剂粘结的方式制备，因而粘结剂对电极的电化学性能有重要影响。
[0004]现有的锂硫电池的实际应用中，在充放电过程中锂硫化物的“穿梭效应”会导致活性材料的持续流失以及容量的持续降低，并最终导致电池失效，此外，活性材料的低电导率及其充放电过程中产生的体积变化也会严重损害锂硫电池的电化学稳定性，影响电池容量的释放，因此需要利用粘结剂解决以上问题，但现有的粘结剂对锂硫化物穿梭效应的抑制作用及其对电极结构的保护作用较差，无法有效地提高电池的充放电比容量以及循环性能，因此，本领域技术人员提供一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法，解决了现有的粘结剂无法对锂硫化物穿梭效应进行抑制作用及其无法对电极结构进行保护，提高电池的充放电比容量以及循环性能的问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，包括以下质量份数原料：壳聚糖9～12份、生物质材料12～20份、导电剂4～9份、苯硼酸3～4份、新癸酸乙烯酯6～8份、丙烯酰甘氨酰胺5～7份、聚硫橡胶6～8份、长链烷基质子酸2～4份、聚苯胺1～4份、去离子水20～160份。
[0007]优选的，所述生物质材料为秸秆、玉米芯、枣核、花生壳、棉花、细菌纤维素、虾皮或贝壳中的一种或几种混合物。
[0008]优选的，所述导电剂为炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和混合导电浆料中的一种或几种的混合物。
[0009]一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂的制备方法，使用所述的一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，包括以下步骤：
[0010]S1、基料准备：选取配方质量份数的壳聚糖，通过磺化反应将不溶于水的壳聚糖转化为水溶性壳聚糖硫酸酯，并且分成三份比例溶剂备用；
[0011]S2、生物质碳原料制备：选取配方质量份数的生物质材料，通过900～1100℃的高温碳化后，再进行酸活化处理，处理完成后进行清水洗涤和高温干燥，即得到生物质碳原料；
[0012]S3、溶剂复合：将步骤二中得到的生物质碳原料与导电剂进行加热搅拌混合，得到的混合物再与溶剂A通过氢键作用复合，生成复合溶剂；
[0013]S4、聚合物改性：选取配方质量份数的苯硼酸和新癸酸乙烯酯混合，得到的混合液再与溶剂B同步置入聚合物反应装置聚合改性，即得到混合改性聚合物；
[0014]S5、溶剂接枝：将丙烯酰甘氨酰胺接枝到溶剂C后，再加入聚硫橡胶进行第一阶段加热混合，混合完成后再与得到的复合溶剂、混合改性聚合物进行第二阶段加热共混，即得到改性复合聚合物；
[0015]S6、混合：选取配方质量份数的长链烷基质子酸，并以此为主体，配以聚苯胺，再置入得到的改性复合聚合物，以及去离子水后，加热混合反应，制成生物质改性聚合物粘结剂。
[0016]优选的，所述S1步骤中，水溶性壳聚糖硫酸酯按照比例分为溶剂A、溶剂B和溶剂C，且溶剂A：溶剂B：溶剂C的比例为0.3:0.4～1.2：0.8～2.6。
[0017]优选的，所述S3步骤中，导电剂的添加量为生物质碳原料总质量的0.5％～12％。
[0018]优选的，所述S4步骤中，将苯硼酸加入到新癸酸乙烯酯中，所述苯硼酸与新癸酸乙烯酯的比为2g:(45～200)μL，于60～110℃搅拌反应2～4h，得到的液体再进行稀释处理，即得到混合液。
[0019]优选的，所述S4步骤中，聚合物反应装置的聚合温度为50～68℃，聚合压力为5.7～6MPa。
[0020]优选的，所述S5步骤中，第一阶段加热混合的转速为700～900r/mi n，反应时间为6～8小时，所述第二阶段加热混合的转速为1000～1200r/mi n，反应时间为3～4小时。
[0021]优选的，所述S6步骤中，所述去离子水的用量为长链烷基质子酸质量的230％～260％，所述去离子水电阻率在12MΩ以上。
[0022]本专利技术提供了一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂及其制备方法。具备以下有益效果：
[0023]1、本专利技术通过采用壳聚糖作为基料，有效地提高了硫正极的循环稳定性及其在不同倍率下电池的容量发挥，生物质材料和导电剂中的碳丰富了硫正极内部的导电结构，同时绿色环保，并且能够提升了硫正极的循环稳定性和高倍率下的比容量，再搭配苯硼酸、新癸酸乙烯酯和丙烯酰甘氨酰胺，进一步完善和补足硫正极的循环稳定性和活性材料利用率，使其对锂硫化物穿梭效应进行抑制作用及其对电极结构进行保护，提高电池的充放电比容量以及循环性能。
[0024]2、本专利技术通过丙烯酰甘氨酰胺接枝到壳聚糖上后，利用该聚合物特有的双酰胺结构能够有效固定锂硫化物，并抑制其在电解液中扩散，极大地提高了柔性硫正极的能量密度及电化学、结构稳定性，再搭配聚硫橡胶中的巯基减少多硫化锂的穿梭，提升电池的比容量及稳定性，最后掺杂聚苯胺的导电性可以为电极提供离子电子传输通道，长链烷基可以
减少聚苯胺分子脆性，缓解体积膨胀，从而提高电池性能。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例1：
[0027]根据本专利技术的一方面，本专利技术实施例提供了一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，包括以下质量份数原料：壳聚糖9份、生物质材料12份、导电剂4份、苯硼酸3份、新癸酸乙烯酯6份、丙烯酰甘氨酰胺5份、聚硫橡胶6份、长链烷基质子酸2份、聚苯胺1份、去离子水20份。
[0028]进一步的，生物质材料为秸秆、玉米芯、枣核、花生壳、棉花、细菌纤维素、虾皮或贝壳中的一种或几种混合物。
[0029]进一步的，导电剂为炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和混合导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，其特征在于，包括以下质量份数原料：壳聚糖9～12份、生物质材料12～20份、导电剂4～9份、苯硼酸3～4份、新癸酸乙烯酯6～8份、丙烯酰甘氨酰胺5～7份、聚硫橡胶6～8份、长链烷基质子酸2～4份、聚苯胺1～4份、去离子水20～160份。2.根据权利要求1所述的一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，其特征在于，所述生物质材料为秸秆、玉米芯、枣核、花生壳、棉花、细菌纤维素、虾皮或贝壳中的一种或几种混合物。3.根据权利要求1所述的一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，其特征在于，所述导电剂为炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和混合导电浆料中的一种或几种的混合物。4.一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂的制备方法，其特征在于，使用权利要求1～3任一项所述的一种绿色环保生物质改性聚合物粘结剂，包括以下步骤：S1、基料准备：选取配方质量份数的壳聚糖，通过磺化反应将不溶于水的壳聚糖转化为水溶性壳聚糖硫酸酯，并且分成三份比例溶剂备用；S2、生物质碳原料制备：选取配方质量份数的生物质材料，通过900～1100℃的高温碳化后，再进行酸活化处理，处理完成后进行清水洗涤和高温干燥，即得到生物质碳原料；S3、溶剂复合：将步骤二中得到的生物质碳原料与导电剂进行加热搅拌混合，得到的混合物再与溶剂A通过氢键作用复合，生成复合溶剂；S4、聚合物改性：选取配方质量份数的苯硼酸和新癸酸乙烯酯混合，得到的混合液再与溶剂B同步置入聚合物反应装置聚合改性，即得到混合改性聚合物；S5、溶剂接枝：将丙烯酰甘氨酰胺接枝到溶剂C后，再加入聚硫橡胶进行第一阶段加热混合，混合完成后再与得到的复合溶剂、混合改性聚合物进行第二阶段加热共混，即得到改性复合聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁浩然，李海峰，何梓鹏，顾菁，王亚琢，袁鑫，
申请(专利权)人：佛山市科恒博环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：