一种导电型锂离子电池负极粘结剂、制备方法及其应用与流程

本发明涉及粘结剂领域，具体涉及一种导电型锂离子电池负极粘结剂、制备方法及其应用。

背景技术：

1、锂离子电池粘结剂在储能器件的电极中起到将活性物质与集流体箔材、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂之间粘结起来的作用，用量不多，但却是整个电极的力学性能的主要来源，对电极的生产工艺和电极电化学性能有着重要影响，可以说粘结剂的选择对包括锂离子电池、超级电容器等储能元件的质量与性能影响却至关重要。

2、目前，大多数的锂离子电池粘结剂的导电性往往较差，在使用过程仍需加入导电剂来实现电极内部的电荷传送，而这些电荷传输路径却会因电极充放电循环过程中活性物质的体积膨胀收缩，使得导电剂的位移发生断路，从而造成电荷传送路径的损失；同时也会造成粘结剂的粘结性能下降。

3、公开号为cn108565406a的专利，将纳米硅加到盐酸多巴胺溶液中，在硅表面形成聚多巴胺包裹层；同时用一步溶剂热法制备石墨烯量子点，将其掺杂到海藻酸钠粘结剂中，制备得到的复合电极材料的导电性能相比纯硅电极有所提高，但是仅仅依靠石墨烯量子点的导电性来大幅度提高复合电极的导电性能是不可行的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供一种导电型锂离子电池负极粘结剂、制备方法及其应用，改善现有技术中存在的问题。

2、本发明实施例公开了一种导电型锂离子电池负极粘结剂，按重量计，制备原料包括以下组分：

3、5.8～10质量份二异氰酸酯；

4、19.3～29.5质量份多元醇；

5、2.3～4.8质量份扩链剂；

6、1.3～2.4质量份中和剂；

7、12～71质量份含羧基的碳纳米管；

8、0.007～0.09质量份引发剂。

9、优选地，所述多元醇包括聚四氢呋喃醚二醇1000、聚四氢呋喃醚二醇2000、聚丙二醇醚二醇1000、聚丙二醇醚二醇2000、聚丙二醇醚二醇4000、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇3000、聚乙二醇4000、聚碳酸酯二元醇1000，聚碳酸酯二元醇2000、聚己二酸乙二醇酯二醇1000、聚己二酸乙二醇酯二醇2000、聚己二酸乙二醇酯二醇3000、聚己二酸丁二醇酯二醇1000、聚己二酸丁二醇酯二醇2000、聚己二酸丁二醇酯二醇3000中的至少一种。

10、优选地，所述扩链剂包括胺类扩链剂，所述胺类扩链剂包括二乙醇胺、三乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺、n-丙基二乙醇胺和叔丁基二乙醇胺中的至少一种。

11、优选地，所述扩链剂还包括小分子醇类扩链剂，所述小分子醇类扩链剂包括1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、三甲基戊二醇中的至少一种。

12、优选地，所述中和剂包括带烯键、羧基的物质；其选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸中的至少一种。

13、优选地，所述含羧基的碳纳米管包括固含量为8％的水分散液。

14、优选地，所述引发剂包括过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化铵、烷基过氧化氢、过氧化酯、过氧化二酰、偶氮二异丁腈中的至少一种。

15、优选地，所述引发剂还包括助引发，所述助引发卫硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、柠檬酸、d-抗坏血酸中的一种或多种。

16、本发明实施例还提供了了一种如上述的导电型锂离子电池负极粘结剂的制备方法，其包括：

17、在反应器中依次加入多元醇、异氰酸酯，逐步升温至80～95℃，反应1～3h；然后加入扩链剂，在75～85℃反应2～4h；

18、向制备好的弹性体聚合物中，加入含羧基物质，搅拌反应约0.5～1.5h，反应温度为45～60℃，然后，将含有羧基的碳纳米管水溶液，加入到所述反应器中，搅拌分散，得到导电修饰的改性弹性体聚合物水溶液；

19、向制备的导电修饰的改性弹性体聚合物水溶液中，通入氮气，充分排氧后，逐步升温至70～85℃，加入引发剂，进行聚合交联反应，得到导电型锂离子电池负极粘结剂。

20、优选地，所述改性弹性体聚合物具有以下结构：

21、

22、其中，r1的结构为以下中的至少一种；

23、

24、r3、r4、r5与氮元素形成的结构即为所选用的胺类扩链剂。

25、本发明实施例还提供了一种如上述的导电型锂离子电池负极粘结剂在锂离子电池中的应用。

26、本发明实施例所制备的导电型锂离子电池负极粘结剂具有良好的弹性和形状保持效果，可有效的减少负极活性物质在充放电过程中的体积变化。同时，碳纳米管通过离子键合的方式分散于负极粘结剂中，可在负极材料中形成持久稳定的导电网络，有利于降低锂离子电池电极内阻；并且减少导电剂在充放电过程中出现的位移断路，从而造成电荷传送路径的损失。因此，本发明实施例所制备的导电型负极粘结剂，应用于电极时既能实现电极内离子、电子的快速传输，又能保证电极的结构稳定性，以便满足高性能储能元器件的发展需要。

技术特征：

1.一种导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，按重量计，制备原料包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，所述多元醇包括聚四氢呋喃醚二醇1000、聚四氢呋喃醚二醇2000、聚丙二醇醚二醇1000、聚丙二醇醚二醇2000、聚丙二醇醚二醇4000、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇3000、聚乙二醇4000、聚碳酸酯二元醇1000，聚碳酸酯二元醇2000、聚己二酸乙二醇酯二醇1000、聚己二酸乙二醇酯二醇2000、聚己二酸乙二醇酯二醇3000、聚己二酸丁二醇酯二醇1000、聚己二酸丁二醇酯二醇2000、聚己二酸丁二醇酯二醇3000中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，所述扩链剂包括胺类扩链剂，所述胺类扩链剂包括二乙醇胺、三乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺、n-丙基二乙醇胺和叔丁基二乙醇胺中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，所述扩链剂还包括小分子醇类扩链剂，所述小分子醇类扩链剂包括1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、三甲基戊二醇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，所述中和剂包括带烯键、羧基的物质；其包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸中的至少一种；所述含羧基的碳纳米管包括固含量为8％的水分散液。

6.根据权利要求1所述的导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，所述引发剂包括过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化铵、烷基过氧化氢、过氧化酯、过氧化二酰、偶氮二异丁腈中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的导电型锂离子电池负极粘结剂，其特征在于，所述引发剂还包括助引发，所述助引发包括硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、柠檬酸、d-抗坏血酸中的一种或多种。

8.一种如权利要求1至7任意一项的导电型锂离子电池负极粘结剂的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述改性弹性体聚合物具有以下结构：

10.一种如权利要求1至7任意一项的导电型锂离子电池负极粘结剂在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明提供了一种导电型锂离子电池负极粘结剂、制备方法及其应用，所述导电型锂离子电池负极粘结剂按重量计，包含以下组分：5.8～10质量份二异氰酸酯；19.3～29.5质量份多元醇；2.3～4.8质量份扩链剂；1.3～2.4质量份中和剂；12～71质量份含羧基的碳纳米管；0.007～0.09质量份引发剂；余量为去离子水。本发明所制备的导电型锂离子电池负极粘结剂具有良好的弹性和形状保持效果，可有效的减少负极活性物质在充放电过程中的体积变化。同时，碳纳米管通过离子键合的方式分散于负极粘结剂中，可在负极材料中形成持久稳定的导电网络，有利于降低锂离子电池电极内阻；并且减少导电剂在充放电过程中出现的位移断路，从而造成电荷传送路径的损失。

技术研发人员：杨卫东,程甜甜,李昕,俞胜超
受保护的技术使用者：卫星化学股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16