一种离子型共聚物粘结剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种离子型共聚物粘结剂及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种离子型共聚物粘结剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种离子型共聚物粘结剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具有高容量密度
、
高循环寿命
、
绿色环保
、
使用温度范围宽及安全性能高等优点，被广泛的应用到移动电子设备和电动汽车等领域
。
锂离子电池主要由正极
、
隔膜
、
负极
、
电解液和电池外壳五部分组成，其中正负极材料与导电剂
、
集流体之间的粘结强度对电池的循环稳定性有不可忽视的影响；并且，当粘结剂的电化学稳定性不好时，在电极电化学过程中粘结剂的一些功能基团可与锂离子发生不可逆的化学反应，从而导致电池的可逆容量下降
。
因此，通过设计高性能粘结剂是解决活性材料粉化和活性材料从集流体上脱落等问题和提高锂离子电池循环性的有效手段
。
[0003]目前，锂离子电池粘结剂有很多种，常见的有聚偏氟乙烯
(PVDF)
和苯乙烯
‑
丁二烯共聚物
(SBR)
乳液等
。
作为商业化的电池正极粘结剂，
PVDF
因耐电化学腐蚀能力强和较宽的电化学窗口等优点备受青睐，然而
PVDF
只能依靠范德华力与活性物质结合，在循环中会造成电极与集流体之间脱落，不能满足高性能电池的要求；此外锂电级的
PVDF
存在较大的供应缺口，价格昂贵
。SBR
的不饱和键在高电位时容易被氧化，因此
SBR
乳液主要用作负极粘结剂
。
可见，目前常用的锂离子电池粘结剂存在与电极极片粘结性差
、
正负极粘结剂不能通用的问题
。
[0004]已有多种针对锂离子电池正负极粘结剂的研究，如中国专利
CN 111180733A
公开了一种含有碳酸乙烯酯的粘结剂，赋予聚合物粘结剂一定的弹性，使电极结构更加稳定，但是该粘结剂制备的电极极片粘结性仍然较差，极片中集流体表面的干燥的浆料涂层与集流体之间的剥离强度低，进而导致电极片组装成的电池的容量保持率在
70
％以下
。
[0005]因此，亟需提供一种能够正负极通用
、
粘结性能好
、
电池循环性能好的粘结剂，从而使锂离子电池具有较高的比容量
、
容量保持率以及循环稳定性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种离子型共聚物粘结剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的离子型共聚物粘结剂具备优异的粘结性能，能够正负极通用，且利用该粘结剂组装的锂离子电池具有较高的比容量
、
容量保持率以及循环稳定性
。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种离子型共聚物粘结剂，其特征在于，具有如式
I
所示的化学结构：
～
24h。
[0024]本专利技术还提供了上述技术方案所述的离子型共聚物粘结剂或者上述技术方案所述制备方法制备得到的离子型共聚物粘结剂在锂离子电池电极极片中的应用
。
[0025]优选地，所述锂离子电池电极极片的制备方法包括如下步骤：
[0026]1)
将离子型共聚物粘结剂溶于有机溶剂中，得到粘结剂溶液；
[0027]2)
将活性物质和导电剂混合，得到混合粉料；
[0028]3)
将所述步骤
1)
得到的粘结剂溶液
、
所述步骤
2)
得到的混合粉料与有机溶剂混合，得到电极浆料；
[0029]4)
将所述步骤
3)
得到的电极浆料涂覆于集流体上，得到锂离子电池正极极片；
[0030]所述步骤
1)
和步骤
2)
没有先后顺序
。
[0031]优选地，所述锂离子电池电极极片为正极极片或负极极片
。
[0032]本专利技术提供的离子型共聚物粘结剂为含有六氟磷酸根离子基团的乙烯基吡啶磷酸盐和聚乙二醇丙烯酸酯的共聚物，将其用于制备锂离子电池正极极片和锂离子电池负极极片时，离子型共聚物粘结剂中的六氟磷酸根与正极或负极活性材料之间的库仑力可以增强材料之间的粘结性；聚乙二醇丙烯酸酯一方面能够提高粘结剂的柔性，软化极片，另一方面还能改善界面的离子传输性能，进而使得利用该粘结剂组装的锂离子电池具有较高的比容量
、
容量保持率以及循环稳定性
。
实施例结果显示，本专利技术提供的离子型共聚物粘结剂的分子量在
1.4
×
105～
1.7
×
105Da
范围内，远低于商用的
PVDF
分子量，例如
PVDF HSV900(
分子量为
6.0
×
105Da)
，具有更低的粘度，更易于涂布；利用本专利技术的离子型共聚物粘结剂制备的锂离子电池正极极片表面涂层的剥离强度为
26.1
～
27.8N
·
cm
‑1；利用上述锂离子电池正极极片所组装的钴酸锂
/
金属锂电池初始放电比容量为
136.7
～
140.8mAh
·
g
‑1，在
1C
的电流密度下
500
圈循环后的放电比容量为
115.9
～
125.4mAh
·
g
‑1，容量保持率为
82.31
～
88.81
％；利用本专利技术的离子型共聚物粘结剂制备的锂离子电池负极极片表面涂层的剥离强度为
103
～
119N
·
cm
‑1；利用上述锂离子电池负极极片所组装的钴酸锂
/
金属锂电池初始放电比容量为
247.8
～
268.3mAh
·
g
‑1，在
1C
的电流密度下
500
圈循环后的放电比容量为
219.5
～
239.7mAh
·
g
‑1，容量保持率为
87.21
～
89.34
％
。
附图说明
[0033]图1为本专利技术测试例2中
C3
为正极极片组装的磷酸铁锂
/
金属锂电池在
25℃、
截止电压为
2.5
～
4.2V
和
1C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种离子型共聚物粘结剂，其特征在于，具有如式
I
所示的化学结构：所述式
I
中，
R1为烷基，
R2为氢
、
烷基或芳烷基，
R3为氢或烷基，
n
＝4～
40
，
m
＝
50
～
900
，
q
＝0～
1200。2.
权利要求1所述离子型共聚物粘结剂的制备方法，包括：在惰性气氛下，将乙烯基吡啶磷酸盐
、
聚乙二醇丙烯酸酯
、
引发剂和溶剂混合后，进行自由基聚合反应，得到离子型共聚物粘结剂；所述乙烯基吡啶磷酸盐具有如式
II
所示的化学结构，所述聚乙二醇丙烯酸酯具有如式
III
所示的化学结构：所述式
II
中，
R1为烷基，
R2为氢
、
烷基或芳烷基；所述式
III
中，
R3为氢或烷基，
n
为4～
40。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基吡啶磷酸盐的制备方法，包括以下步骤：
(1)
将乙烯基吡啶
、
碘化剂
、
阻聚剂和溶剂混合进行甲基化反应，得到中间产物；
(2)
将所述步骤
(1)
得到的中间产物与氟磷盐混合进行负离子置换反应，得到乙烯基吡啶磷酸盐
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中乙烯基吡啶
、
碘化剂和步骤
(2)
中的氟磷盐的物质的量之比为
(0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张望清，许媛媛，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：