CN111082061A - 锂电池用胶黏剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电池用胶黏剂的制备方法，属于有机高分子合成技术领域；包括以下步骤：步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物；步骤二：合成氟改性聚氨酯；步骤三：D组分的制备；步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：锂电池用胶黏剂具有极强的耐化学酸碱腐蚀能力和抗拉伸效果，还能够取代聚偏氟乙烯(PVDF)作为锂离子电池正极黏结剂材料。本发明还提供其制备方法，制备方法简单易实施。

Description

锂电池用胶黏剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池用胶黏剂的制备方法，属于有机高分子合成技术领域。
背景技术
目前得到广泛应用的锂离子电池黏结剂主要有三大类:聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)乳液和羧甲基纤维素(CMC)，此外以聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯酸酯作为主要成分的水性黏结剂也占有一定市场。PVDF是最先得到广泛应用的锂离子电池电极黏结剂，耐化学腐蚀能力强，可应用于正极材料。但PVDF需要用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，回收溶剂的成本高，会对环境产生一定污染，并且国内的PVDF由欧日厂商提供。为了应对电极材料在充电放电过程中的体积变化和活性颗粒的体积变化，电极胶黏剂还应有良好的抗拉伸效果。
聚氨酯弹性体的耐酸碱腐蚀性能取决于其软段和硬段的结构与性质。在酸碱介质中，聚氨酯受到的腐蚀破坏是物理和化学作用的综合结果。首先介质分子渗透、扩散进入材料内部，与大分子链段相互作用，破坏大分子的次价键，使材料溶胀、软化，材料中的配合剂溶解、溶出，同时在酸碱活性介质作用下，介质分子与大分子中的活泼基团发生水解、氧化等化学反应，大分子主价键发生破坏、裂解，使得高分子材料或制品颜色变深、表面发粘、模糊、软化甚至断裂、溶解，体积及质量增减，力学性能下降以至丧失使用性能。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种锂电池用胶黏剂的制备方法，合成氟改性聚丙烯酸共聚物，并加入聚氨酯预聚体中，提高聚氨酯胶黏剂的耐化学腐蚀性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将全氟乙基乙醇、丙烯酸酯单体和的改性MDI，控制温度70～100℃，在氮气保护下，加入热引发剂AIBN的丙酮溶液，聚合反应2～15小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物；
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将聚醚二元醇A和聚醚多元醇B于100～110℃下加热，进行搅拌抽真空除水1～2小时，然后降温到65～80℃，在氮气保护下，加入多异氰酸酯A和氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应4～12小时，取样分析聚合产物NCO％质量含量达到3.5％～5.5％，加入硅烷偶联剂，获得氟改性聚氨酯胶黏剂；
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀；
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:5的质量比混合均匀，制得锂电池用胶黏剂。
所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将10～50份的全氟乙基乙醇、10～50份的丙烯酸酯单体和10～20份的改性MDI，控制温度70～100℃，在氮气保护下，加入0.5～4份的热引发剂AIBN的丙酮溶液，聚合反应2～15小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物；
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将30～50份的聚醚二元醇A和20～50份的聚醚多元醇B于100～110℃下加热，进行搅拌抽真空除水1～2小时，然后降温到65～80℃，在氮气保护下，加入20～60份的多异氰酸酯A和30～50份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应4～12小时，取样分析聚合产物NCO％质量含量达到3.5％～5.5％，加入0.1～4份的硅烷偶联剂，获得氟改性聚氨酯胶黏剂；
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀；
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:5的质量比混合均匀，制得锂电池用胶黏剂。
所述的多异氰酸酯A为4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述的聚醚多元醇A是平均分子量为500～1500的聚四氢呋喃二醇。
所述的聚醚多元醇B是平均分子量为3500～6000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇。
所述的D组分由以下质量百分数的各助剂组成：
20～35％抗氧化剂；
20～25％流平剂；
10～25％消泡剂；
20～30％成膜助剂；
其中抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚；流平剂为BYK 333、RM 2020、BYK-359和Tego Glide 440中的至少一种；消泡剂为DF-520、DF-530、DF-899和DF-834中的任意一种或多种；成膜助剂为乙二醇、醇酯十二、乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚和丙二醇苯醚中的至少一种。
所述的改性MDI为巴斯夫公司生产的Lupranate MI和Lupranate MS中的至少一种。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH602或KH792。
所述的丙烯酸酯单体是玻璃化温度范围为-60℃～60℃的(甲基)丙烯酸酯单体。
所述的热引发剂AIBN的丙酮溶液中对丙酮浓度为30～60％。
本发明的有益效果是：
(1)锂电池用胶黏剂具有极强的耐化学酸碱腐蚀能力和抗拉伸效果，还能够取代聚偏氟乙烯(PVDF)作为锂离子电池正极黏结剂材料。
(2)本发明还提供其制备方法，制备方法简单易实施。
具体实施方式
下面对本发明的实施例做进一步描述：
实施例1
一种锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将50份的全氟乙基乙醇、10份的丙烯酸酯单体和10份的改性MDI Lupranate MI，控制于70℃，在氮气保护下，加入0.5份的热引发剂AIBN的丙酮溶液(浓度30％)，聚合反应2小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物；
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将30份的平均分子量为500聚四氢呋喃二醇、20份的平均分子量为3500的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇加热于100℃，进行搅拌抽真空除水约1小时，降温于65℃，在氮气保护下，加入20份的4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和30份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应4小时，取样分析聚合产物NCO％含量达到3.5％％，加入0.1份的硅烷偶联剂KH550、KH602、KH792，获得氟改性聚氨酯胶黏剂，以上均为质量份数。
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀。D组分各助剂的用量如下：25％抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、25％流平剂BYK 333、25％消泡剂DF-520、25％成膜助剂乙二醇。
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:5的质量比混合均匀。即得到可以直接使用的锂电池用胶黏剂。
实施例2
一种锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将20份的全氟乙基乙醇、40份的丙烯酸酯单体和13份的改性Lupranate MS，控制于80℃，在氮气保护下，加入1.5份的热引发剂AIBN的丙酮溶液(浓度40％)，聚合反应5小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物.
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将35份的平均分子量为1000聚四氢呋喃二醇、30份的平均分子量为4000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇加热于110℃，进行搅拌抽真空除水约2小时，降温于65℃，在氮气保护下，加入30份的4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和40份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应4～12小时，取样分析聚合产物NCO％含量达到4.0％，加入0.1～4份的硅烷偶联剂KH602，获得氟改性聚氨酯胶黏剂，以上均为质量份数
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀。D组分各助剂的用量如下：25％抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、25％流平剂RM 2020、25％消泡剂DF-530、25％成膜助剂醇酯十二
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:6的质量比混合均匀。即得到可以直接使用的锂电池用胶黏剂。
实施例3
一种锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将1030份的全氟乙基乙醇、30份的丙烯酸酯单体和15份的改性MDI LupranateMI，控制于85℃，在氮气保护下，加入2.5份的热引发剂AIBN的丙酮溶液(浓度50％)，聚合反应8小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物。
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将38份的平均分子量为1000聚四氢呋喃二醇、40份的平均分子量为4000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇加热于100℃，进行搅拌抽真空除水约1小时，降温于65℃，在氮气保护下，加入40份的4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和40份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应10小时，取样分析聚合产物NCO％含量达到4.5％，加入3.5份的硅烷偶联剂KH792，获得氟改性聚氨酯胶黏剂，以上均为质量份数
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀。D组分各助剂的用量如下：30％抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、20％流平剂BYK-359、25％消泡剂DF-899、25％成膜助剂乙二醇丁醚。
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:8的质量比混合均匀。即得到可以直接使用的锂电池用胶黏剂。
实施例4
一种锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将40份的全氟乙基乙醇、20份的丙烯酸酯单体和18份的改性MDI Lupranate MS，控制于90℃，在氮气保护下，加入3.5份的热引发剂AIBN的丙酮溶液(浓度60％)，聚合反应12小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物.
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将40份的平均分子量为1000聚四氢呋喃二醇、40份的平均分子量为5000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇加热于100℃，进行搅拌抽真空除水约2小时，降温于70℃，在氮气保护下，加入50份的4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和45份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应10小时，取样分析聚合产物NCO％含量达到5.0％，加入0.1～4份的硅烷偶联剂KH602，获得氟改性聚氨酯胶黏剂，以上均为质量份数
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀。D组分各助剂的用量如下：35％抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、25％流平剂Tego Glide 440、25％消泡剂DF-834、25％成膜助剂二丙二醇丁醚。
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:9的质量比混合均匀。即得到可以直接使用的锂电池用胶黏剂。
实施例5
一种锂电池用胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将50份的全氟乙基乙醇、50份的丙烯酸酯单体和20份的改性MDI Lupranate MI，控制于100℃，在氮气保护下，加入4份的热引发剂AIBN的丙酮溶液(浓度45％)，聚合反应15小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物。
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将50份的平均分子量为1500聚四氢呋喃二醇、50份的平均分子量为6000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇加热于110℃，进行搅拌抽真空除水约2小时，降温于70℃，在氮气保护下，加入60份的4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和50份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应12小时，取样分析聚合产物NCO％含量达到5.5％，加入4份的硅烷偶联剂KH792，获得氟改性聚氨酯胶黏剂，以上均为质量份数
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀。20％抗氧化剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、25％流平剂Tego Glide 440、35％消泡剂DF-834、20～25％成膜助剂丙二醇苯醚。步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:10的质量比混合均匀。即得到可以直接使用的锂电池用胶黏剂
取市售胶黏剂为对比例，将对比例与实施例1～5中所制备胶黏剂均匀涂布与铝箔表面，每实施例涂布20例，控制干胶的厚度为4μm，将涂有胶的铝箔与CPP通过热压法复合，热压温度为100℃，制备得到铝塑膜半成品，并将其置于70℃的烘箱中熟化7天。
将熟化后的铝塑膜裁剪成宽度为15mm的样条，参照标准ASTM 254对样条进行剥离强度测试，断裂伸长率参照GB/T30776-2014标准进行测试断裂伸长率，每实施例测试五次，并记录相应平均值。
将熟化后的铝塑膜样条置于85℃的电解液环境中，参照标准ASTM 254，7天后进行剥离强度的测试，断裂伸长率参照GB/T30776-2014标准进行测试断裂伸长率，每实施例重复测试五次，并记录相应平均值。
表1：各实施例与对比例样条的断裂伸长率与剥离强度性能
Figure BDA0002331432650000061
从表1来看，实施例1-5断裂伸长率与剥离强度置于85℃的电解液环境前后并无明显回落，实施例4的铝样条综合性能最优，其性能与市售日本产品接近。

Claims (10)

1.一种锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将全氟乙基乙醇、丙烯酸酯单体和的改性MDI，控制温度70～100℃，在氮气保护下，加入热引发剂AIBN的丙酮溶液，聚合反应2～15小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物；
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将聚醚二元醇A和聚醚多元醇B于100～110℃下加热，进行搅拌抽真空除水1～2小时，然后降温到65～80℃，在氮气保护下，加入多异氰酸酯A和氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应4～12小时，取样分析聚合产物NCO％质量含量达到3.5％～5.5％，加入硅烷偶联剂，获得氟改性聚氨酯胶黏剂；
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀；
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分混合均匀，制得锂电池用胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于以下步骤：
步骤一：合成氟改性聚丙烯酸共聚物
将10～50份的全氟乙基乙醇、10～50份的丙烯酸酯单体和10～20份的改性MDI，控制温度70～100℃，在氮气保护下，加入0.5～4份的热引发剂AIBN的丙酮溶液，聚合反应2～15小时，旋转蒸发除去丙酮后，获得氟改性聚丙烯酸共聚物；
步骤二：合成氟改性聚氨酯
将30～50份的聚醚二元醇A和20～50份的聚醚多元醇B于100～110℃下加热，进行搅拌抽真空除水1～2小时，然后降温到65～80℃，在氮气保护下，加入20～60份的多异氰酸酯A和30～50份的氟改性聚丙烯酸共聚物，进行聚合反应4～12小时，取样分析聚合产物NCO％质量含量达到3.5％～5.5％，加入0.1～4份的硅烷偶联剂，获得氟改性聚氨酯胶黏剂；
步骤三：D组分的制备：
将抗氧化剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂搅拌混合均匀；
步骤四：锂电池用胶黏剂的制备：
将氟改性聚氨酯与D组分按100:(5-10)的质量比混合均匀，制得锂电池用胶黏剂。
3.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的多异氰酸酯A为4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的聚醚多元醇A是平均分子量为500～1500的聚四氢呋喃二醇。
5.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的聚醚多元醇B是平均分子量为3500～6000的氧化丙烯-氧化乙烯共聚三醇。
6.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的D组分由以下质量百分数的各助剂组成：
20～35％抗氧化剂；
20～25％流平剂；
10～25％消泡剂；
20～30％成膜助剂；
其中抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚；流平剂为BYK 333、RM 2020、BYK-359和Tego Glide 440中的至少一种；消泡剂为DF-520、DF-530、DF-899和DF-834中的任意一种或多种；成膜助剂为乙二醇、醇酯十二、乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚和丙二醇苯醚中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的改性MDI为巴斯夫公司生产的Lupranate MI和Lupranate MS中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH602或KH792。
9.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸酯单体是玻璃化温度范围为-60℃～60℃的(甲基)丙烯酸酯单体。
10.根据权利要求1所述的锂电池用胶黏剂的制备方法，其特征在于所述的热引发剂AIBN的丙酮溶液中对浓度为30～60％。
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