支化聚氨酯、其制备方法和用途、极片、二次电池及用电装置与流程

本技术涉及二次电池，尤其涉及一种支化聚氨酯、其制备方法和用途、极片、二次电池及用电装置。

背景技术：

1、粘结剂是二次离子电池中的常用材料，广泛应用于电池极片、隔离膜、封装处等。然而，传统的粘结剂存在生产成本高、产能不足等问题，并且制备方法复杂，对环境危害大，难以满足市场对于电池成本和性能的要求。因此，现有的粘结剂仍有待改进。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种支化聚氨酯，该支化聚氨酯可以降低极片的膜片电阻，改善电池的循环性能。

2、本技术的第一方面提供了一种支化聚氨酯，该支化聚氨酯由包含二异氰酸酯、二元醇聚合物和扩链剂的组分反应形成，二元醇聚合物中的至少一种具有侧链。

3、支化聚氨酯中的氨基甲酸酯键或脲基甲酸酯键可以作为良好的氢键受体或氢键供体，可与活性材料表面的羟基或羧基形成氢键作用，同时支化聚氨酯链段之间具有较强的相互作用，并且支化聚氨酯能够发生微观相分离，软段和硬段会各自相互聚集，硬段形成物理交联点，使得支化聚氨酯具有大的内聚力，保证极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻。支化聚氨酯中的侧链结构可以提高电池中活性离子的脱嵌活性，保证支化聚氨酯的循环稳定性，提高电池的循环性能。

4、在任意实施方式中，支化聚氨酯的支化度为5％-99％。

5、合适的支化度可以保证极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，同时电池具有优异的容量保持率。

6、在任意实施方式中，支化聚氨酯的支化度为20％-95％。

7、合适的支化度可以提高极片的粘结力，降低极片的膜片电阻，提高电池的容量保持率，改善电池的循环性能。

8、在任意实施方式中，扩链剂包括小分子二元醇、小分子二元胺中的至少一种。

9、合适的扩链剂，可以保证极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，同时电池具有优异的容量保持率。

10、在任意实施方式中，二元醇聚合物提供软段，二异氰酸酯与扩链剂形成硬段，硬段的质量含量为15％-85％，基于支化聚氨酯的总质量计。

11、合适的质量含量的硬段，可以保证极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，同时电池具有优异的容量保持率。

12、在任意实施方式中，二元醇聚合物提供软段，二异氰酸酯与扩链剂形成硬段，硬段的质量含量为25％-45％，基于支化聚氨酯的总质量计。

13、合适的质量含量的硬段，可以提高极片的粘结力，同时极片具有低的膜片电阻，电池具有优异的循环容量保持率

14、在任意实施方式中，支化聚氨酯的数均分子量为5万-10万，重均分子量为10万-20万，分散系数为1-3。

15、支化聚氨酯的数均分子量、重均分子量和分散系数在合适的范围内，可以降低极片的膜片电阻，提高电池的循环容量保持率。

16、在任意实施方式中，二元醇聚合物的数均分子量为400-3000。

17、二元醇聚合物的具有合适的数均分子量，极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，电池具有优异的循环容量保持率。

18、在任意实施方式中，二元醇聚合物包括聚醚二元醇、聚酯二元醇中的至少一种。

19、合适的二元醇聚合物，极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，同时电池具有优异的循环容量保持率。

20、在任意实施方式中，二元醇聚合物选自聚乙二醇二元醇、聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚乳酸二元醇、聚乙交酯-丙交酯共聚二元醇、聚乙二醇-丙二醇共聚二元醇中的至少一种。

21、在任意实施方式中，具有侧链的二元醇聚合物为聚乙二醇。

22、合适的具有侧链的二元醇聚合物，极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，同时电池具有优异的循环容量保持率。

23、在任意实施方式中，扩链剂的数均分子量低于400。

24、扩链剂的数均分子量低于400，使得极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，电池具有优异的循环容量保持率。。

25、在任意实施方式中，小分子二元醇包括乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6己二醇、二羟甲基丙酸、两端为羟基的寡聚物中的一种或多种，两端为羟基的寡聚物的聚合单体包括乙二醇、丙二醇、乙醇酸、乳酸、己内酯、乙交酯、丙交酯、环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃中的一种或多种。

26、在任意实施方式中，小分子二元胺包括乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、1,8-辛二胺中的一种或多种。

27、在任意实施方式中，二异氰酸酯包括芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯中的至少一种。

28、合适的二异氰酸酯，极片具有优异的粘结力和低的膜片电阻，同时电池具有优异的循环容量保持率。

29、在任意实施方式中，二异氰酸酯选自异甲苯-2,3-二异氰酸酯、甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2,5-二异氰酸酯、甲苯-2,6-二异氰酸酯、甲苯-3,4-二异氰酸酯、甲苯-3,5-二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、l-赖氨酸乙酯二异氰酸酯、氢化甲苯二异氰酸酯中的一种或多种。

30、本技术的第二方面提供一种支化聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

31、将二元醇聚合物、二异氰酸酯、催化剂混合进行第一聚合形成预聚物；

32、向反应体系中加入扩链剂后进行第二聚合，得到支化聚氨酯，其中，二元醇聚合物中的至少一种具有侧链。

33、制备得到的支化聚氨酯中的氨基甲酸酯键或脲基甲酸酯键可以作为良好的氢键受体或氢键供体，可与活性材料表面的羟基或羧基形成氢键作用，同时支化聚氨酯链段之间具有较强的相互作用，并且支化聚氨酯能够发生微观相分离，软段和硬段会各自相互聚集，硬段形成物理交联点，使得支化聚氨酯具有大的内聚力，保证极片具有优异的粘结力和小的膜片电阻。支化聚氨酯中的侧链结构可以提高电池中活性离子的脱嵌活性，保证支化聚氨酯的循环稳定性，提高电池的循环性能。

34、在任意实施方式中，第一聚合是在无溶剂的条件下进行的。

35、在本技术中，采用本体聚合方法制备支化聚氨酯，制备过程中无需添加额外溶剂以及其它分散剂，操作简单、环境友好、成本低廉，并且制备出的产物纯净、杂质少，无需二次处理即可使用。

36、在任意实施方式中，催化剂包括有机锡类催化剂、有机铋类催化剂、叔胺类催化剂中的一种或多种。

37、在任意实施方式中，催化剂的质量含量为0.001％-1.0％，基于投入的二元醇聚合物、二异氰酸酯、扩链剂的总质量计。

38、相比于现有的制备方法，本技术的支化聚氨酯的制备方法大大减少了催化剂的用量，避免因催化剂中过高含量的重金属离子残留导致的电池电化学性能的下降。

39、在任意实施方式中，二异氰酸酯中的异氰酸酯基摩尔含量与二元醇聚合物中的羟基和扩链剂中的氨基及羟基的摩尔含量的比值为1-1.05。

40、二异氰酸酯中的异氰酸酯基摩尔含量与二元醇聚合物中的羟基和扩链剂中的氨基及羟基的摩尔含量的比值在合适的范围内，可以保证聚合反应的顺利进行，生成合适分子量的支化聚氨酯，进而保证极片具有优异的粘结力和膜片电阻，保证电池具有优异的循环性能。

41、在任意实施方式中，制备方法还包括以下步骤：

42、响应于第一聚合的反应体系中异氰酸酯基团的摩尔含量达到理论值，向反应体系中加入扩链剂。

43、在任意实施方式中，第一聚合的反应温度为50-80℃。

44、在任意实施方式中，第二聚合的反应温度为110-130℃，反应时间为10-15h。

45、在任意实施方式中，扩链剂包括小分子二元醇、小分子二元胺中的至少一种。

46、在任意实施方式中，二元醇聚合物包括聚醚二元醇、聚酯二元醇中的至少一种。

47、本技术的第三方面提供第一方面的支化聚氨酯在二次电池中作为粘结剂的应用。

48、本技术的第四方面提供一种用于二次电池的极片，极片包含活性材料层，活性材料层中的粘结剂包括第一方面的支化聚氨酯。

49、在任意实施方式中，活性材料层中，支化聚氨酯的质量含量为0.2％-4.8％，基于活性材料层的总质量计。

50、在任意实施方式中，活性材料层中，支化聚氨酯的质量含量为0.3％-2.0％，基于活性材料层的总质量计。

51、本技术的第五方面提供一种二次电池，包括第四方面的极片。

52、在任意实施方式中，二次电池包括锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、钾离子电池中的至少一种。

53、本技术的第六方面提供一种用电装置，包括选自本技术的第五方面的二次电池。