一种导电粘结剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种导电粘结剂、制备方法及其应用。所述导电粘结剂为聚苯胺

【技术实现步骤摘要】
一种导电粘结剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种导电粘结剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂(LiFePO4)材料因其独特且稳固的橄榄石结构而被赋予了优异的安全性能和循环性能，同时其在高能量密度和功率密度方面也具备一定的潜力，因此LiFePO4是一种很有前途的电极材料，被广泛的应用在对安全性能要求较高的动力车领域。但是磷酸铁锂材料的结构也具有很大的局限性，例如其电子电导率低，扩散系数低，导致阻抗高等缺点都限制了磷酸铁锂的应用。为了改善其电子导电率，人们提出了多种方案，常用的方法主要有两种，一种是在晶体表面进行良电子导体层包覆，例如碳包覆等，增加电子的传递路径，从而改善LiFePO4的电化学性能；另一种方法是通过高导电性的材料如碳纤维，碳纳米管(CNT)和石墨烯等构建复合导电网络，改性后的材料具有更高的电子传递性能。
[0003]但是这些方法都是从提升材料本身的结构，从而改善其性能的角度进行改性，然而提高LiFePO4电池的倍率性能和循环性能，不仅仅需要提升材料本身的性能，同时还需要从电极的各部分组成结构和成分配比等方面入手，共同来解决LiFePO4材料导电性差的问题。
[0004]传统的电极材料由活性物质、粘结剂和导电剂组成，正极电极制备常用的粘结剂体系为聚偏氟乙烯PVDF/NMP体系，其中PVDF作为一种绝缘聚合物在配方占据更多比例，导致电池容量的下降；PVDF可被非水相液态电解质溶胀，使电极材料对集流体的粘附力变差从而引起电极材料间接触电阻的增加；在温度升高的情况下，其会与锂金属和碳化锂(Li
x
C
6)
反应而引发安全事故。为了增加导电性需添加过多的导电剂，这不仅会增加导电剂在溶剂中的分散难度，导致导电剂分散不均匀，增大后续的加工工艺难度，严重时还会影响电池性能。因此，减少导电剂和粘结剂的用量是提高电池容量的一种简便易行的方法。
[0005]专利技术专利CN113078317A公开了一种锂离子电池用水性导电粘结剂，包括：基础性粘结剂、功能性粘结剂、本征导电聚合物、改性碳纳米管、去离子水以及助剂；其中，所述基础性粘结剂包括水性苯乙烯丁二烯共聚物类、羧甲基纤维素钠、水性聚丙烯酸(酯)类、水性聚酰亚胺类、聚乙烯醇、水性聚偏氟乙烯类、水性聚氨酯、水性聚酯、水性聚醚、聚丙烯腈类型水性粘结剂、聚乙烯吡咯烷酮类粘结剂中的一种或几种；所述功能性粘结剂为含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液；所述本征导电聚合物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚对苯撑乙烯及上述各类物质的衍生物中的至少一种；然而上述导电粘结剂为水系导电粘结剂，更加适用于负极极片的制备，无法适用于主流的磷酸铁锂正极材料。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足及缺陷，本专利技术旨在提供一种导电粘结剂、制备方法及其应用。本专利技术通过将苯胺在酸性溶液以及氧化剂存在下在改性碳纳米管的表面发生化学氧化聚合反应制备得到改性碳纳米管表面原位生长有聚苯胺的复合材料；然后利用自由基
聚合反应制备得到聚丙烯酸酯溶液；之后将聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料与聚丙烯酸酯溶液进行共混得到具有三维互穿网络结构的复合导电聚合物即导电粘结剂；利用导电粘结剂中改性碳纳米管原位生长的聚苯胺复合材料具有优异的导电性，而聚丙烯酸酯具有良好的附着力，二者共混形成的具有三维互穿网络结构的导电聚合物作为粘结剂不仅能够将正极活性物质更紧密的粘结在一起，并能增强其电子导电性，同时还可以增强正极活性物质与集流体之间的附着力和导电性，降低极片的欧姆电阻。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种导电粘结剂，采用如下的技术方案：
[0008]一种导电粘结剂，所述导电粘结剂为聚苯胺
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改性碳纳米管复合材料与聚丙烯酸酯共混形成的具有三维互穿网络结构的复合导电聚合物；所述聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料为改性碳纳米管表面原位生长有聚苯胺的复合材料，所述改性碳纳米管为羟基化改性碳纳米管。
[0009]本专利技术由聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料与聚丙烯酸酯共混形成的具有三维互穿网络结构的复合导电聚合物中，聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料具有良好的导电性，而聚丙烯酸酯具有良好的附着力，将二者共混形成的复合导电聚合物，由于形成三维网络结构，不仅能够保留原有的聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料的导电性以及聚丙烯酸酯良好的附着力这一特性，还能使得正极活性材料更加紧密的连接在一起，并增强其导电性，同时还可以增强正极活性物质与集流体之间的附着力和导电性，降低极片的欧姆电阻；相比于传统的非导电型粘结剂，本专利技术的导电粘结剂可以同时取代导电剂和粘结剂，在起到粘结作用的同时，增加电极材料的导电性，减少导电剂的使用，同时能够增加电极中活性物质的占比，增大电池容量；综上，本专利技术的导电粘结剂能够取代目前广泛用于锂离子电池中磷酸铁锂正极材料体系的导电剂和粘结剂，同时起到提高电池容量和电池性能的作用。
[0010]在上述导电粘结剂中，作为一种优选实施方式，所述聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料以苯胺、改性碳纳米管作为原料，所述苯胺通过酸性溶液以及氧化剂在所述改性碳纳米管的表面发生化学氧化聚合反应制备得到改性碳纳米管表面原位生长有聚苯胺的复合材料。
[0011]本专利技术中通过对碳纳米管进行羟基化改性得到羟基化改性碳纳米管，使得碳纳米管表面存在大量的羟基基团，为苯胺生长提供了反应位点，进而使聚苯胺能够原位生长在碳纳米管的表面，形成分布更加均匀的聚苯胺，从而使最终形成的正极浆料一致性更好。
[0012]在上述导电粘结剂中，作为一种优选实施方式，所述聚丙烯酸酯的重均分子量为3000
‑
18000(比如5000、6000、8000、10000、12000、15000)；
[0013]优选地，所述聚丙烯酸酯通过丙烯酸酯类单体、含羧酸基团的烯键式不饱和可共聚单体中的一种或多种单体均聚或共聚得到；所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；所述含羧酸基团的烯键式不饱和可共聚单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸中的一种或多种。
[0014]本专利技术第二方面提供一种上述导电粘结剂的制备方法，包括：
[0015]S1、将苯胺、改性碳纳米管加入到酸性溶液中，之后加入氧化剂进行化学氧化聚合反应，然后进行洗涤处理、过滤处理、真空干燥处理制备得到聚苯胺
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改性碳纳米管复合材
料；
[0016]S2、将丙烯酸酯类单体、含羧酸基团的烯键式不饱和可共聚单体中的一种或多种单体进行自由基聚合反应得到聚丙烯酸酯溶液；
[0017]S3、将所述聚苯胺
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改性碳纳米管复合材料加入到所述聚丙烯酸酯溶液中进行混合处理，之后进行抽滤处理、洗涤处理、真空干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电粘结剂，其特征在于，所述导电粘结剂为聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料与聚丙烯酸酯共混形成的具有三维互穿网络结构的复合导电聚合物；所述聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料为改性碳纳米管表面原位生长有聚苯胺的复合材料，所述改性碳纳米管为羟基化改性碳纳米管。2.根据权利要求1所述的导电粘结剂，其特征在于，所述聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料以苯胺、改性碳纳米管作为原料，所述苯胺通过酸性溶液以及氧化剂在所述改性碳纳米管的表面发生化学氧化聚合反应制备得到改性碳纳米管表面原位生长有聚苯胺的复合材料。3.根据权利要求1或2所述的导电粘结剂，其特征在于，所述聚丙烯酸酯的重均分子量为3000
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18000；和/或，所述聚丙烯酸酯通过丙烯酸酯类单体、含羧酸基团的烯键式不饱和可共聚单体中的一种或多种单体均聚或共聚得到；所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；所述含羧酸基团的烯键式不饱和可共聚单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸中的一种或多种。4.一种如权利要求1
‑
3中任一项所述的导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括：S1、将苯胺、改性碳纳米管加入到酸性溶液中，之后加入氧化剂进行化学氧化聚合反应，然后进行洗涤处理、过滤处理、真空干燥处理制备得到聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料；S2、将丙烯酸酯类单体、含羧酸基团的烯键式不饱和可共聚单体中的一种或多种单体进行自由基聚合反应得到聚丙烯酸酯溶液；S3、将所述聚苯胺
‑
改性碳纳米管复合材料加入到所述聚丙烯酸酯溶液中进行混合处理，之后进行抽滤处理、洗涤处理、真空干燥处理制备得到导电粘结剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述苯胺和所述改性碳纳米管的质量比为1
‑
2:1；和/或，所述酸性溶液选自盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸中的其中一种；和/或，所述苯胺与所述酸性溶液中H
+
的摩尔比为11
‑
13:1；和/或，所述氧化剂为过硫酸铵，所述氧化剂与所述苯胺的摩尔比为1:1
‑
5；和/或，所述化学氧化聚合反应的温度为20
‑
30℃，反应时间为12
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24h。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：段田芳，王万胜，叶建，杨淞婷，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：