一种基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂及其制备方法和电极技术

本发明专利技术提供了一种基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂及其制备方法，按质量份计包括制备银离子修饰的PEI步骤、氧化介孔碳纳米材料步骤和制备基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂步骤。本发明专利技术还提供了一种使用基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的电极。本发明专利技术基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂具有优异的导电性能、锂离子传输性能和粘结性能，同时还具有相当的柔性，能够缓冲锂离子电池充放电过程中体积膨胀造成的内应力。体积膨胀造成的内应力。体积膨胀造成的内应力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂及其制备方法和电极


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及锂离子电池粘结剂
，更具体的，涉及一种基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂及其制备方法，还涉及一种使用基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的电极。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度相对高、循环寿命相对长等优点被广泛用作手机、平板电脑、笔记本电脑和其他便携式电子产品的主要电源，并逐渐扩展用于混合动力汽车、电动汽车以及电动非机动车的电源。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜以及电解液构成。当电池通过外部电路连通时，由于正负两个电极的锂化学势不同，化学反应在电极上进行，伴随着锂离子在电池内部进行转移过程，电子则通过外部电路形成电流。
[0003]锂离子电池由五部分构成：电池外壳、正极极片、隔膜、负极极片和电解质，其中正极极片和负极极片制作过程中都要用到粘结剂。传统的粘结剂一般是高分子材料，它的主要作用就是将活性材料、导电添加剂、集流体均匀稳定地进行粘结，避免极片出现掉粉、剥离脱落等现象，形成良好的电子接触以保证有效的电子回路，减小电池的阻抗。除此之外，粘结剂可以对硅负极在反复的充放电过程中巨大的体积膨胀起到抑制和缓冲的作用，防止极片在电池循环过程中因为所受到较大的应力而出现的极片结构破坏等现象，减缓电池容量衰减。传统的粘结剂需要与电极的其它组分，例如活性材料、导电剂等充分混合、均匀分散，但实际混合过程中很难保证粘接剂均匀分散，以至于活性材料粘结效果不佳，电极的电化学性能以及阻抗等达不到需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂及其制备方法，本专利技术还提供了一种使用前述基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的电极，以解决电极制备过程中粘接剂分散不均、粘结效果差和电化学性能不稳定的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于银离子修饰PEI（Poly(ethyleneimine)，聚乙烯亚胺）包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的制备方法，按质量份计包括以下步骤：制备银离子修饰的PEI：提供银离子溶液和聚乙烯亚胺溶液，调节银离子溶液的pH值至2～4，40～80℃下搅拌回流聚乙烯亚胺溶液60～180 min，搅拌回流的同时将银离子溶液滴加到聚乙烯亚胺溶液中，反应结束后，再向反应体系中添加有机溶剂并搅拌，真空过滤收集白色沉淀物，用水洗涤白色沉淀物至中性，真空干燥后得到银离子修饰的PEI；氧化介孔碳纳米材料：提供100～500份强氧化性溶液、20～80份介孔碳纳米材料和清洗液，将所述介孔碳纳米材料添加到强氧化性溶液中，先超声分散5～20 min，再转移至0～120 ℃下搅拌回流反应0.1～6 h，反应结束后，5000～10000 r/min下离心强氧化性
溶液10～30 min以收集沉淀，清洗液冲洗沉淀后，5000～10000 r/min下离心清洗液10～30 min以收集沉淀，重复冲洗步骤和离心步骤1～5次，将沉淀转移至80～120℃条件下烘10～200 min，制得氧化介孔碳纳米材料；制备基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂：提供100～500份质量分数为2%～10%的分散溶液和10～50份银离子修饰的PEI，搅拌分散溶液的同时，将制得的氧化介孔碳纳米材料添加到分散溶液中，40～90℃下搅拌回流10～60 min，进一步将银离子修饰的PEI添加到分散溶液中，将分散液转移至60～90℃下搅拌回流反应0.5
‑
5 h，反应结束后，再向反应体系中加入相当于分散溶液体积5%～20%的丙酮，搅拌混匀后5000～10000 r/min下离心10～30 min以收集上层黑色液体，再将黑色液体转移至40～60℃条件下减压蒸馏10～200 min，制得基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂；所述银离子溶液为硝酸银溶液，所述聚乙烯亚胺的分子量为1.8～10 kD。
[0006]本专利技术基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的制备方法包括制备银离子修饰的PEI步骤、氧化介孔碳纳米材料步骤和制备基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂步骤。在制备银离子修饰的PEI步骤中，如图1所示，由于PEI聚合物链上含有大量的氨基，一方面PEI聚合物基于大量的氨基能够与集流体或者活性材料表面形成氢键以实现良好的粘附，另一方面PEI聚合物基于大量的氨基能够与银离子发生络合，络合银离子后的PEI聚合物具有良好的导电性能，能够有效提升PEI粘结剂的导电性能。在氧化介孔碳纳米材料步骤中，介孔碳纳米材料通过液相氧化在其表面形成大量的含氧官能团，例如羟基、羧基和羰基等，而银离子修饰的PEI中含有大量氨基，通过后续粘结反应促使银离子修饰的PEI与介孔碳纳米材料表面的含氧官能团连接，生成银离子修饰的PEI包覆介孔碳纳米材料。在制备基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂步骤中，银离子修饰的PEI通过与介孔碳纳米材料表面粘结，最终制得外部为银离子修饰的PEI形成的壳结构，内部为介孔碳纳米材料形成的核结构，即银离子修饰的PEI包覆介孔碳纳米材料的微型纳米胶囊结构，如图2所示。通过添加丙酮析出、离心分层收集和浓缩等纯化过程，制得高质量的基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂。本专利技术制得的基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂具有多重功能，具体表现为：（1）银离子修饰的PEI具有一定的导电性，且介孔碳纳米材料具有优异的导电性能和锂离子传输能力，通过组装银离子修饰的PEI包覆介孔碳纳米材料的微型纳米胶囊使得本专利技术制得的基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂具有优异的导电性能。集导电性能与粘结性能于一体的粘结剂，单一添加粘结剂即能满足电极导电性和粘结性两方面需求，省略了电极制备过程额外添加导电剂以及导电剂与粘结剂均匀分散的过程。（2）介孔碳纳米材料因为其多孔结构使得介孔碳纳米材料具有一定的柔性，能够缓冲锂离子电池充放电过程中体积膨胀造成的内应力。通过在介孔碳纳米材料表面包覆银离子修饰的PEI以形成类似中空海胆状的荆棘结构，一方面利于缓冲结构内应力，另一方面也能通过荆棘结构与周围的活性材料、集流体等牢固粘结。（3）在制备干法电极上有独特的优势。制备干法电极时，通过预先制备本专利技术基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂，PEI的包覆可以消除碳材料表面的电荷效应，使其减少受静电的影响，同时可以提高碳材料颗粒的密度，减少气流对其的影响，进而有效避免碳材料团聚，而且可以减少混料的样品数量（不需要额外添加导电剂或者少量添加导电剂），从而提高混料均匀性，提升干法电极的一致性，缩短混料时间。
[0007]优选的，在制备银离子修饰的PEI步骤中，所述银离子溶液为硝酸银溶液，所述银离子溶液的浓度为0.2～2 mol/L，所述聚乙烯亚胺溶液的质量分数为10%～50%，所述银离子溶液与聚乙烯亚胺溶液的体积之比为0.2～2:1。通过调控聚乙烯亚胺与银离子的物质的量来调控银离子修饰聚乙烯亚胺的程度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的制备方法，其特征在于，按质量份计包括以下步骤：制备银离子修饰的PEI：提供银离子溶液和聚乙烯亚胺溶液，调节银离子溶液的pH值至2～4，40～80℃下搅拌回流聚乙烯亚胺溶液60～180 min，搅拌回流的同时将银离子溶液滴加到聚乙烯亚胺溶液中，反应结束后，再向反应体系中添加有机溶剂并搅拌，真空过滤收集白色沉淀物，用水洗涤白色沉淀物至中性，真空干燥后得到银离子修饰的PEI；氧化介孔碳纳米材料：提供100～500份强氧化性溶液、20～80份介孔碳纳米材料和清洗液，将所述介孔碳纳米材料添加到强氧化性溶液中，先超声分散5～20 min，再转移至0～120 ℃下搅拌回流反应0.1～6 h，反应结束后，5000～10000 r/min下离心强氧化性溶液10～30 min以收集沉淀，清洗液冲洗沉淀后，5000～10000 r/min下离心清洗液10～30 min以收集沉淀，重复冲洗步骤和离心步骤1～5次，将沉淀转移至80～120℃条件下烘10～200 min，制得氧化介孔碳纳米材料；制备基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂：提供100～500份质量分数为2%～10%的分散溶液和10～50份银离子修饰的PEI，搅拌分散溶液的同时，将制得的氧化介孔碳纳米材料添加到分散溶液中，40～90℃下搅拌回流10～60 min，进一步将银离子修饰的PEI添加到分散溶液中，将分散液转移至60～90℃下搅拌回流反应0.5
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5 h，反应结束后，再向反应体系中加入相当于分散溶液体积5%～20%的丙酮，搅拌混匀后5000～10000 r/min下离心10～30 min以收集上层黑色液体，再将黑色液体转移至40～60℃条件下减压蒸馏10～200 min，制得基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂；所述银离子溶液为硝酸银溶液，所述聚乙烯亚胺的分子量为1.8～10 kD。2.如权利要求1所述的基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的制备方法，其特征在于，在制备银离子修饰的PEI步骤中，所述银离子溶液为硝酸银溶液，所述银离子溶液的浓度为0.2～2 mol/L，所述聚乙烯亚胺溶液的质量分数为10%～50%，所述银离子溶液与聚乙烯亚胺溶液的体积之比为0.2～2:1。3.如权利要求1所述的基于银离子修饰PEI包覆介孔碳纳米材料的粘结剂的制备方法，其特征在于，在制备银离子修饰的PEI步骤中，向反应体系中添加有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：任绍志，
申请(专利权)人：惠州普赛达新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：