CN117940505A - 树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置 - Google Patents

树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117940505A
CN117940505A CN202280062097.1A CN202280062097A CN117940505A CN 117940505 A CN117940505 A CN 117940505A CN 202280062097 A CN202280062097 A CN 202280062097A CN 117940505 A CN117940505 A CN 117940505A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resin composition
substituted
host polymer
carbon atoms
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280062097.1A
Other languages
English (en)
Inventor
胡长远
陆雷
王亚龙
王正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Contemporary Amperex Technology Co Ltd filed Critical Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Publication of CN117940505A publication Critical patent/CN117940505A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B45/00Formation or introduction of functional groups containing sulfur
    • C07B45/06Formation or introduction of functional groups containing sulfur of mercapto or sulfide groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • C08L33/08Homopolymers or copolymers of acrylic acid esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/18Homopolymers or copolymers of nitriles
    • C08L33/20Homopolymers or copolymers of acrylonitrile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J109/00Adhesives based on homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

本申请涉及一种树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置,交联剂如式(A)所示,主体聚合物的结构单元含有式(1)所示结构,且主体聚合物不含芳香基团,该树脂组合物能提高粘结剂的粘结力及稳定性,用于制备极片时,能提高极片的稳定性及防开裂能力,进而能提高电池的循环稳定性。

Description

树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置 技术领域
本申请涉及电池领域,具体涉及一种树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置。
背景技术
锂离子电池具有出色的循环性能、优异的安全性能、较低的成本及环境友好等特点,是新能源领域的关注热点。随着科技的发展,为满足各种电器的小型化、轻薄化的发展趋势以及提升电动汽车的续航里程,人们对锂电池的循环使用寿命提出越来越高的要求。
传统技术中,常通过提高极片上的活性物质的负载量来提高锂电池的循环使用寿命,具体制备过程为:将含活性物质的电极浆料涂布在集流体上,然后干燥制得极片,提高涂布的厚度就可以提高制得的极片上活性物质的负载量。然而,在干燥过程中,溶剂的挥发会使极片内部产生应力,电极浆料中的粘结剂组分提供的内聚力不足以承受应力,就会导致极片开裂,特别是厚涂布时,极片容易出现开裂的问题,反而对电池的循环稳定性产生负面影响,同时,电池的反复充放电会使活性材料的体积发生变化,极片粘结性或内聚力的不足,会导致极片结构被破坏,从而降低锂电池的循环稳定性。
发明内容
鉴于上述问题,本申请提供一种树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置,该树脂组合物能提高粘结剂的粘结力及稳定性,用于制备极片时,能提高极片的稳定性及防开裂能力,进而能提高电池的循环稳定性。
第一方面,本申请提供了一种树脂组合物,所述树脂组合物包括主体聚合物及交联剂,所述交联剂如式(A)所示:
(HS)n 1-L 1-Ar 1-L 1-(SH)n 1
(A),
其中,Ar 1选自环原子数为6~50的芳香基团;L 1每次出现,分别独立地选自单键、碳原子数为1~50的烷烃亚基、动态共价键基团中的一种或多种的组合;
n 1每次出现,分别独立地选自1~3的整数;
所述主体聚合物的结构单元含有式(1)所示结构,且所述主体聚合物不含芳香基团:
其中,R 1、R 2分别独立地选自单键、取代或未取代的碳原子数为1~15的烷烃亚基、取代或未取代的碳原子数为2~15的烯烃亚基,取代或未取代的碳原子数为2~15的烷烃醚基中的任意一种;
L 2选自取代或未取代的碳原子数为1~20的烃基,所述烃基含有烯键和/或炔键;
*为连接位点。
上述树脂组合物中,其主体聚合物不含芳香基、且结构单元含有特定的式(1)所示结构,使聚合物分子链易于旋转,增加了分子链柔性,从而提高树脂组合物的粘结性,同时,小分子交联剂中含有芳香基及两个及以上的巯基,主体聚合物与交联剂在常温环境下能稳定共存,在加热等条件下,交联剂中的巯基能与主体聚合物中烯键和/或炔键发生反应,形成碳硫单键,从而使树脂组合物交联形成具有三维网状结构的交联树脂,小分子交联剂中的芳香基能进一步提高三维网状结构的内聚力,该树脂组合物作为粘结剂制备极片时,能保持与极片上的活性材料及集流体的良好粘接性,粘接稳定性高,同时兼具优异的内聚力,能提高极片的防裂性能,且能够有效抑制活性材料在循环充放电过程中的体积变化,进而提高电池的循环稳定性。
第二方面,本申请提供了一种交联树脂,该交联树脂具有第一方面的树脂组合物中的主体聚合物与交联剂通过交联位点形成的三维网状结构, 所述交联位点包括所述主体聚合物中的不饱和键与所述交联剂中的硫醇键形成的碳硫单键,所述不饱和键选自烯键和/或炔键。
第三方面,本申请提供上述第一方面的树脂组合物在制备粘结剂中的应用。
第四方面,本申请提供一种粘结剂,所述粘结剂包括第一方面的树脂组合物。
第五方面,本申请提供一种电极浆料,所述电极浆料的组分包括溶剂及第一方面的树脂组合物。
第六方面,本申请提供一种极片,所述极片包括集流体及负载于所述集流体上的活性层,所述活性层的组分包括第二方面的交联树脂。
第七方面,本申请提供一种极片,所述极片包括集流体及负载于所述集流体上的活性层,所述活性层的制备原料包括第一方面的树脂组合物。
第八方面,本申请提供一种电池,所述电池包括第六方面或第七方面的极片。
第九方面,本申请提供一种用电装置,所述用电装置包括第八方面的电池。
上述说明仅是本申请技术方案的概述,为了能够更清楚了解本申请的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中,用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中:
图1为本申请一实施方式的电池的示意图;
图2是本申请一实施方式的电池用作电源的用电装置的示意图。
附图标记说明:
1电池;2用电装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请;本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中,技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中,“多个”的含义是两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中,术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中,术语“多个”指的是两个以上(包括两个),同理,“多组”指的是两组以上(包括两组),“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中,技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作,因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;也可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
在本申请中,术语“烷烃基”指的是烷烃失去一个氢后形成的基团,例如甲烷失去一个氢后形成甲基;“烷烃亚基或亚烷基”指的是烷烃失去两个氢后形成的基团,例如甲烷失去两个氢后形成亚甲基。
术语“链烷烃”是指碳原子都以碳碳单键相连且不成环,其余的价键都与氢结合而成的烷烃,包括直链烷烃和支链烷烃。
在本申请中,“环原子数”表示键合成环状的原子的数目,该环被取代基所取代时,取代基所包含的原子不包括在成环原子内。关于以下所述的“环原子数”,在没有特别说明的条件下也是同样的,例如,苯环的环原子数为6,萘环的环原子数为10,噻吩的环原子数为5。
“芳香基”指至少包含一个芳环的烃基,包括非稠环芳基及稠环芳基。稠环芳基是指两个或多个芳香环通过共用的两个相邻的环原子连接后形成的基团,即稠环。
本申请“芳香基”的非限制性实例包括:苯、萘、蒽、荧蒽、菲、苯并菲、二萘嵌苯、并四苯、芘、苯并芘、苊或芴等;“杂芳香基”的非限制性实例包括:三嗪、吡啶、嘧啶、咪唑、呋喃、噻吩、苯并呋喃、苯并噻吩、吲哚、咔唑、吡咯并咪唑、吡咯并吡咯、噻吩并吡咯、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃、苯并异噁唑、苯并异噻唑、苯并咪唑、喹啉、异喹啉、邻二氮萘、喹喔啉、菲啶、伯啶、喹唑啉、喹唑啉酮、二苯并呋喃、二苯并噻吩、咔唑等。
本申请中,基团中未指明连接位点时,表示基团中任选可连接位点作为连接位点。
本申请中,取代基相连的单键贯穿相应的环,表述该取代基可与环的 任选位置连接,例如 中R与苯环的任一可取代位点相连。
本申请中,“※”表示连接位点。
本申请中,当两个基团由一连接点连接时,例如 中,当R选自单键时,即代表两个基团不需要通过具体的基团连接,直接以单键连接,即为
本申请中,术语“结构单元”表示:单体分子通过聚合反应进入大分子链的基本单元,也称为“单体单元”,结构单元的元素组成可以与单体单元的元素组成相同,也可以不同。聚合物分子中的结构单元可以是一种或多种,当聚合物分子中的结构单元只有一种时,“结构单元”即为重复单元,例如聚氯乙烯(CH 2—CHCl)n,其重复单元与结构单元是相同的,都是—CH 2CHCl—,而尼龙-66则有两种结构单元。
如背景技术所述,制备极片时,溶剂的挥发会使极片内部产生应力,电极浆料中的粘结剂组分提供的内聚力不足以承受应力,就会导致极片开裂,特别是厚涂布时,极片容易出现开裂的问题,反而对电池的循环稳定性产生负面影响。传统技术中,常采用PVDF或SBR的等线性粘结剂,其内聚力不足以承受干燥应力,一些技术尝试采用可交联聚合物作为粘结剂,然而,但对极片的防开裂及稳定性的提升仍有限。
本申请的技术人员对粘结剂的结构与极片性能做了大量实验探究,研究发现:粘结剂的三维网状结构的交联结构只是提升粘结剂内聚力的其中一个因素,粘结剂中的大分子链上的基团的选择对粘结剂的粘结力及稳定性也起到重要作用。
本申请的技术人员提出:采用具有不饱和键的主体聚合物与具有多个巯基的小分子交联剂制备粘结剂,两者可基于巯基点击化学反应,交联形成三维网状结构,以此提高粘结剂的内聚力,技术人员在探究过程中发现:一方面,芳香基能有利于提高粘结剂交联后的内聚能;另一方面,主体聚合物分子链的活动性对粘结剂的粘结性能起到关键作用,若主体聚合物含 有芳香基,芳香基的位阻大,会使主体聚合物的内旋转受限,降低其柔性,不利于与活性材料或者集流体粘结;而粘结剂的粘结性及内聚力均会影响极片的稳定性及防开裂能力,两者间难以平衡,
由此,本申请技术人员通过大量创造性实验,获得本申请中提高粘结剂的粘结力及稳定性,用于制备极片时,能提高极片的稳定性及防开裂能力,进而能提高电池的循环稳定性的树脂组合物。
本申请一实施方式提供了一种树脂组合物,该树脂组合物包括主体聚合物及交联剂,该交联剂如式(A)所示:
(HS)n 1-L 1-Ar 1-L 1-(SH)n 1
(A),
其中,Ar 1选自环原子数为6~50的芳香基团;L 1每次出现,分别独立地选自单键、碳原子数为1~50的烷烃亚基、动态共价键基团中的一种或多种的组合;
n 1每次出现,分别独立地选自1~3的整数;
该主体聚合物的结构单元含有式(1)所示结构,且主体聚合物不含芳香基团:
其中,R 1、R 2分别独立地选自单键、取代或未取代的碳原子数为1~15的烷烃亚基、取代或未取代的碳原子数为2~15的烯烃亚基、取代或未取代的碳原子数为2~15的烷烃醚基中的任意一种。
L 2选自取代或未取代的碳原子数为1~20的烃基,该烃基含有烯键和/或炔键。
*为连接位点。
需要说明的是,主体聚合物可以只单聚物可以是是共聚物,上述“主体聚合物的结构单元含有式(1)所示结构”意味着上述主体结构的结构单元还可以含有其他结构。
上述树脂组合物中,其主体聚合物不含芳香基、且结构单元含有特定的式(1)所示结构,使聚合物分子链易于旋转,增加了分子链柔性,从而提高树树脂组合物的粘结性,同时,小分子交联剂中含有芳香基及两个及以上的巯基,主体聚合物与交联剂在常温环境下能稳定共存,在加热等条件下,交联剂中的巯基能与主体聚合物中烯键和/或炔键发生反应,形成碳硫单键,从而使树脂组合物交联形成具有三维网状结构的交联树脂,小分子交联剂中的芳香基能进一步提高三维网状结构的内聚力,该树脂组合物作为粘结剂制备极片时,能保持与极片上的活性材料及集流体的具有良好的粘接性,粘接稳定性高,同时兼具优异的内聚力,能提高极片的防裂性能,且能够有效抑制活性材料在循环充放电过程中的体积变化,进而提高电池的循环稳定性。
需要说明的是:结构 中,“[]”代表其中的结构是位于聚合物的主链上,换言之,该结构中的*为该结构与主体聚合物中主链的成链原子的连接位点。
在其中一些实施例中,上述主体聚合物至少含有一个末端烯键或一个末端炔键。
末端烯键指的是双键中的一个成键碳原子上有两个氢原子,另一个成键碳原子上只有一个氢原子,结构为-CH=CH 2,同理末端炔键指的是三键中的一个成键碳原子上有1个氢原子,另一个成键碳原子上有没有氢原子,结构为-C≡CH。
末端烯键或末端炔键与交联剂中的巯基的反应活性更大,更有利于树脂的交联。
在其中一些实施例中,R 1、R 2分别独立地选自单键、或碳原子数为1~15的链烷烃亚基、碳原子数为2~15的链烯烃亚基,碳原子数为2~15的链烷烃醚基中的任意一种。
在其中一些实施例中,R 1、R 2分别独立地选自单键或CR 3R 4;R 3、R 4分别独立地选自H、卤素、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、酯基、羧基、羧基盐基团、羟基、氨基、氰基中的一种或多种的组合。
在其中一些实施例中,R 3、R 4分别独立地选自H、未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~10的烷烃基、碳原子数为1~10的烷烃酯基、被羧酸基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被羧基盐基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~10的烷烃基中的一种。
在其中一些实施例中,羧基盐基团为羧酸铵盐基或羧酸金属盐基团,结构为-COOK,其中,K为NH 4 +或正一价金属阳离子;进一步地,正一价金属阳离子选自碱金属离子,包括但不限于:钾离子、钠离子及锂离子等。
在其中一些实施例中,R 3、R 4分别独立地选自H、未取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、碳原子数为1~10的链烷烃酯基、被羧酸基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被羧酸盐基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~10的烷烃基中的一种。
在其中一些实施例中,R 3、R 4分别独立地选自H、未取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、碳原子数为1~5的链烷烃酯基、被羧酸基取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被羧酸盐基取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~5的烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~5的烷烃基中的一种。
在其中一些实施例中,上述碳原子数为1~10的链烷烃酯基为碳原子数为1~10的链烷烃酯失去一个氢原子形成的结构,碳原子数为1~10的链烷烃酯的结构式为: 其中,各R 11分别独立地选自碳原子数为1~5的链烷烃基,且所有R 11中的碳原子数总和不大于9。
进一步地,各R 11分别独立地选自碳原子数为1~3的链烷烃基;可选地,各R 11分别独立地选自碳原子数为1~1的链烷烃基。
在其中一些实施例中,L 2选自取代或未取代的碳原子数为1~20的烃基,烃基含有烯键和/或炔键。
在其中一些实施例中,L 2选自取代或未取代的碳原子数为1~10的链烃基,烃基含有端烯键和/或端炔键。
在其中一些实施例中,主体聚合物的结构单元含有式(1-1)和/或式(1-2)所示结构:
R 5每次出现,分别独立地选自H、卤素、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、酯基、羧基、羧基盐基团、羟基、氨基、氰基中的一种或多种的组合。
在其中一些实施例中,R 5每次出现,分别独立地选自H、卤素、未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~10的烷烃基,碳原子数为1~10的烷烃基酯基、被羧基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被羧基盐取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~10的烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~10的烷烃基中的任意一种。
上述卤素包括但不限于:溴、氯及碘。“碳原子数为1~10的烷烃基酯基”的含义同上,不再赘述。
在其中一些实施例中,R 5每次出现,分别独立地选自H、卤素、未取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~10的链烷烃基,碳原子数为1~10的链烷烃基酯基、被羧基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被羧基盐取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基中的任意一种。
在其中一些实施例中,R 5每次出现,分别独立地选自H、卤素、未取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~10的链烷烃基,碳原子数为1~10的链烷烃基酯基、被羧基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被羧基盐取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被羟基取代 的碳原子数为1~10的链烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~10的链烷烃基中的任意一种。
在其中一些实施例中,R 5每次出现,分别独立地选自H、卤素、未取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~5的链烷烃基,碳原子数为1~5的链烷烃酯基、被羧基取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被羧基盐取代的碳原子数为1~5的直链烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~5的链烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~5的链烷烃基中的任意一种。
R 6选自单键、或取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃亚基。
在其中一些实施例中,R 6选自单键、未取代的碳原子数为1~10的烷烃亚基。
在其中一些实施例中,R 6选自单键、未取代的碳原子数为1~5的烷烃亚基。
在其中一些实施例中,R 6选自单键。
在其中一些实施例中,主体聚合物的结构单元含有如下结构中的至少一种:
在制备含有端烯键的结构单元的主体聚合物时,可采用上述结构单元相应的共轭二烯烃单体制得,本申请技术人员发现:通过控制聚合时的条件,可以调控聚合的方向,以获得含有端烯键的结构单元的主体聚合物,例如,采用丁二烯作为单体制备时,在低温非极性溶剂中进行聚合,更倾向于发生1,2-加成,使分子链具有端烯键,原因可能是:在极性溶剂中,由于溶剂的极性对共轭二烯烃产生了诱导力,所以共轭二烯烃的极化增强,有利于1,4-加成,反之,则有利于1,2-加成;当温度升高时,由于热运动加快,分子与分子之间的碰撞力加大,共轭二烯烃的电子云形变越大,极化越强,有利于1,4-加成,反之,则有利于1,2-加成。
上述低温非极性溶剂中在低温的温度范围为-80~20℃,非极性溶剂选自碳原子数为1~8的烷烃类溶剂,非限制性例子包括:正己烷、正戊烷等。
在其中一些实施例中,上述主体聚合物中的至少一个结构单元如式(1-1)或式(1-2)所示。
在其中一些实施例中,上述主体聚合物中,含式(1)所示结构的结构单元的摩尔占比不小于2.5%。
可理解,上述主体聚合物中的结构单元可以是一种,也可以有多种。上述摩尔占比是指含式(1)所示结构的结构单元的摩尔量与主体聚合物的所有结构单体的总摩尔的百分比。
通过控制含式(1)所示结构的结构单元的摩尔占比,保证主体聚合物中主体分子中含有足够的交联位点,即烯键或炔键。
在其中一些实施例中,上述主体聚合物中,含式(1)所示结构的结构单元的摩尔占比为2.5%~100%,可选地,含式(1)所示结构的结构单元的摩尔占比为2.5%~75%,可选地,含式(1)所示结构的结构单元的摩尔占比为2.5%~64%。
在其中一些实施例中,含式(1-1)和/或式(1-2)所示结构的结构单元的摩尔占比不小于2.5%;可选地,摩尔占比为2.5%~100%、可选地,摩尔占比为2.5%~75%、可选地,摩尔占比为10%~100%、可选地,摩尔占比为10%~75%、可选地,摩尔占比为10%~64%。
在其中一些实施例中,式(1-1)和/或式(1-2)所示的结构单元的摩尔占比不小于2.5%;可选地,摩尔占比为2.5%~100%、可选地,摩尔占比为2.5%~75%、可选地,摩尔占比为10%~100%、可选地,摩尔占比为10%~75%、可选地,摩尔占比为10%~64%。
可理解,在制备过程中,可通过控制上述结构单元相应的单体的摩尔占比,以调控主体聚合物中结构单元的摩尔占比。
在其中一些实施例中,主体聚合物中还含有如式(2)所示的结构单元:
其中,R 7每次出现,分别独立地选自H、卤素、取代或未取代的碳原子数为1~5的烷烃基、酯基、羧基、羧基盐基团、羟基、氨基、氰基中的 一种或多种的组合。
在其中一些实施例中,R 7每次出现,分别独立地选自H、卤素、未取代的碳原子数为1~5的烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~5的烷烃基,碳原子数为1~5的烷烃基酯基、被羧基取代的碳原子数为1~5的烷烃基、被羟基取代的碳原子数为1~5的烷烃基、被氨基取代的碳原子数为1~5的烷烃基、被氰基取代的碳原子数为1~5的烷烃基中的一种。
在其中一些实施例中,R 7每次出现,分别独立地选自H、未取代的碳原子数为1~5的烷烃基、被卤素取代的碳原子数为1~5的烷烃基。
在一具体示例中,式(2)选自如下结构:
在其中一些实施例中,在主体聚合物中,含有如式(2)所示的结构单元的摩尔占比为0~36%。
可选地,含有如式(2)所示的结构单元的摩尔占比为1%~36%。
可选地,含有如式(2)所示的结构单元的摩尔占比为5~36%。
可选地,含有如式(2)所示的结构单元的摩尔占比为10~35.5%。
可选地,含有如式(2)所示的结构单元的摩尔占比为20~35.5%。
可选地,含有如式(2)所示的结构单元的摩尔占比为30~35.5%。
在其中一些实施例中,在主体聚合物中,还含有式(3)所示的结构单元:
其中,L 11选自碳原子数为1~10的链烷烃亚基;各R 12分别独立地选自碳原子数为2~5的烯烃基。
各R 12可相同或不同。
在其中一些实施例中,L 11选自碳原子数为3~10的支链烷烃亚基;各R 12分别独立地选自碳原子数为2~3的烯烃基。
上述式(3)所示的结构单元具有多个不饱和双键,在聚合过程中,可形成交联的主体聚合物,以提高其力学性能。
在其中一些实施例中,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0~1%。
在此范围内,形成的主体聚合物具有轻微交联体系,可溶于溶剂且具有一定的力学性能。
可选地,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0.01%~1%。
可选地,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0.015%~1%。
可选地,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0.015%~0.5%。
可选地,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0.015%~0.4%。
可选地,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0.015%~0.1%。
可选地,在主体聚合物中,含有如式(3)所示的结构单元的摩尔占比为0.015%~0.05%。
在一具体示例中,式(3)所示的结构单元为:
在其中一些实施例中,主体聚合物的数均分子量为0.2万~200万。
通过调节主体聚合物的数均分子量,可进一步优化树脂组合物的粘接性及稳定性,当主体聚合物的分子量过低时,产生的粘结力不足以满足要求,粘结效果较差,极片容易开裂、脱模;当主体聚合物的分子量过高时, 容易出现溶解困难,浆料凝胶等问题。
在其中一些实施例中,主体聚合物的数均分子量为5万~200万。
在其中一些实施例中,主体聚合物的数均分子量为10万~200万。
在其中一些实施例中,主体聚合物的数均分子量为20万~200万。
在其中一些实施例中,主体聚合物的数均分子量为20万~150万。
在其中一些实施例中,主体聚合物的数均分子量为100万。
在其中一些实施例中,Ar 1选自如下结构中的任意一种:
其中:Y选自CR 8、O、S和S=O中的任意一种;
X 1每次出现时,分别独立地表示CR 9或N,且同一结构式中的X 1不同时为N;
R 8和R 9每次出现时,分别独立地选自H、取代或未取代的具有1至10个碳原子的链烷基中的任意一种。
X 1每次出现时,均表示CR 9
R 9每次出现时,分别独立地选自H、取代或未取代的具有1至5个碳原子的链烷基中的任意一种。
R 8每次出现时,分别独立地选自H、取代或未取代的具有1至5个碳原子的链烷基中的任意一种。
在一具体示例中,Ar 1为苯基或噻吩基或萘基。
在其中一些实施例中,交联剂的结构如式(A-1)~(A-3)任一所示:
在其中一些实施例中,动态共价键基团中的动态共价键选自硼酸酯键、酰腙键和Diels-Alder键中的至少一种。
动态共价键是可逆的共价键,其可逆性在于:通过环境的微小刺激,反应平衡发生移动,共价键发生可逆的形成和断裂,粘结剂受到外力或环境的损伤之后,断裂的动态共价键又会自动发生可逆的重排,使粘结结构进行自我修复,在制备极片及其使用过程中,极片遭到机械破坏、产生裂纹、损伤时,可逆的动态共价键可以发生重排,修复结构缺陷,保护电池的安全性。
在其中一些实施例中,L 1的结构如下任一所示:
其中,各L 12分别独立地选自单键、碳原子数为1~5的链烷烃亚基中的任意一种;L 13选自H或碳原子为1~5的链烷烃基中的任意一种。
在其中一些实施例中,L 1的结构如下任一所示:
其中,L 12与交联剂中的巯基连接
进一步地,L 12分别独立地选碳原子数为1~3的直链烷烃亚基或支链烷烃亚基中的任意一种,非限制实例包括:亚甲基、亚乙基(-CHCH 3-);L 13 选自碳原子为1~3的直链烷烃基中的任意一种,非限制性实例包括:甲基、乙基等。
在其中一些实施例中,交联剂与主体聚合物的质量之比为(0.001~0.1):1。
通过控制交联剂与主体聚合物的质量之比,进一步优化形成的交联网络结构的完善性,保证优异的粘接性及稳定性,当交联剂用量过多时,极片会变得硬脆,反而有不利影响。
在其中一些实施例中,交联剂与主体聚合物的质量之比为(0.008~0.1):1。
在其中一些实施例中,交联剂与主体聚合物的质量之比为(0.02~0.1):1。
在其中一些实施例中,交联剂与主体聚合物的质量之比为(0.06~0.1):1。
在其中一些实施例中,交联剂与主体聚合物的质量之比为(0.008~0.06):1。
本申请一实施方式,提供一种交联树脂,该交联树脂具有上述树脂组合物中的主体聚合物与交联剂通过交联位点连接的三维网状结构,交联位点包括主体聚合物中的不饱和键与交联剂中的硫醇键形成的碳硫单键,不饱和键选自烯键和/或炔键。
具体的,上述碳硫单键通过主体聚合物中的不饱和键与交联剂中的硫醇键通过加成反应制得。具体通过巯基点击化学反应,例如:一分子交联剂上的多个巯基分别与多条主体聚合物链上的烯键通过烯键-巯基点击化学反应方法形成碳硫单键,从而将多条主体聚合物分子链交联起来,形成三维网络结构,烯-巯基点击化学反应剂炔-巯基点击化学反应分别如下式(a)和式(b)所示:式(b)中产物不仅含有碳硫单键,还含有烯键,烯键还可以进一步与巯基发生加成反应形成碳硫单键,下述式(a)和式(b)仅仅只是对具体反应作示例。
在其中一些实施例中,上述交联位点的形成可采用热引发,也可以采用光引发。进一步地,采用热引发时,温度控制在70~110℃。
本申请一实施方式,还提供上述树脂组合物在制备粘结剂中的应用。
本申请一实施方式,提供一种粘结剂,该粘结剂包括上述的树脂组合物。
上述树脂组合物中,主体聚合物与交联剂在常温环境下能稳定共存,在加热等条件下,交联剂中的巯基能与主体聚合物中烯键和/或炔键发生反应,形成碳硫单键,从而使树脂组合物交联形成具有三维网状结构的交联树脂,小分子交联剂中的芳香基能进一步提高三维网状结构的内聚力,该树脂组合物作为粘结剂制备极片时,能保持与极片上的活性材料及集流体的具有良好的粘接性,粘接稳定性高,同时兼具优异的内聚力,能提高极片的防裂性能,且能够有效抑制活性材料在循环充放电过程中的体积变化,进而提高电池的循环稳定性。
本申请一实施方式,还提供一种电极浆料,该电极浆料的组分包括溶剂及如上的树脂组合物。
在其中一些实施例中,以电极浆料中除溶剂之外的组分的总质量为基准,树脂组合物的质量占比为1%~10%。
在其中一些实施例中,上述溶剂为水。
在其中一些实施例中,上述电极浆料还包括电极活性物质及导电剂。
电极活性物质选自正极活性物质或负极活性物质。
正极活性物质可包括以下材料中的至少一种:橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料,这些正极活性物质可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。其中,锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO 2)、锂镍氧化物(如LiNiO 2)、锂锰氧化物(如LiMnO 2、LiMn 2O 4)、锂镍钴氧化物、 锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物(如LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2(也可以简称为NCM333)、LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O 2(也可以简称为NCM523)、LiNi 0.5Co 0.2 5Mn 0.25O 2(也可以简称为NCM211)、LiNi 0.6Co 0.2Mn 0.2O 2(也可以简称为NCM622)、LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2(也可以简称为NCM811)、锂镍钴铝氧化物(如LiNi 0.85Co 0.15Al 0.05O 2)及其改性化合物等中的至少一种。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂(如LiFePO 4(也可以简称为LFP))磷酸锰锂(如LiMnPO 4)、磷酸锰铁锂中的至少一种。
在其中一些实施例中,上述正极活性物质的分子式为:LiFe xMn (1-x)PO 4,x取0~1任一数。
可理解,当x取0时,LiFe xMn (1-x)PO 4即为LiMnPO 4磷酸锰锂,当x取1时,LiFePO 4即为LiFePO 4磷酸铁锂。
上述负极活性物质可包括以下材料中的至少一种:人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。其中,硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
在其中一些实施例中,当电极活性物质选自正极活性物质时,上述树脂组合物的质量占比为1%~3%,当电极活性物质选自负极活性物质时,上述树脂组合物的质量占比为5%~8%。
硅基材料、锡基材料等负极活性物质的体积变化系数大,相应地调高上述树脂的质量占比,以进一步提高极片的稳定性。
上述导电剂可以采用本领域常用的导电剂,包括但不限于:石墨、碳纳米管、纳米纤维、炭黑和石墨烯中的至少一种。
具体地,上述导电剂选自SP、KS-6,乙炔黑、有支链结构的科琴黑ECP,SFG-6,气相生长碳纤维VGCF,碳纳米管CNTs和石墨烯及其复合导电剂中的至少一种。
本申请一实施方式,还提供一种极片,该极片包括集流体及负载于集流体上的活性层,活性层的组分包括如上的交联树脂。
在其中一些实施例中,以活性层的质量为基准,上述交联树脂的质量占比为1%~10%。
在其中一些实施例中,上述活性层的组分还包括电极活性材料及导电剂。
电极活性材料及导电剂的种类同上,在此不再赘述。
上述集流体可采用金属箔片或复合集流体,复合集流体至少具有一个金属面。例如,作为金属箔片,可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
本申请另一实施方式,还提供一种极片,该极片包括集流体及负载于集流体上的活性层,该活性层的制备原料包括如上的树脂组合物。
具体地,上述极片的制备步骤包括:采用上述电极浆料在集流体的表面涂布,形成活性层,得到极片。
可理解,本申请中上述的涂布包括但不限于印刷涂布、刮刀涂布、旋转涂布或喷墨涂布。
上述树脂组合物能保持与极片上的活性材料及集流体的良好粘接性,粘接稳定性高,同时兼具优异的内聚力,能提高极片的防裂性能。
本申请一实施方式,提供一种电池,该电池包括上所述的极片。
上述极片具有优异的防裂性能,且能够有效抑制活性材料在循环充放电过程中的体积变化,进而提高电池的循环稳定性。
在其中一些实施例中,上述电池包括:负极片、隔离膜以及正极片。负极片和/或负极片采用上述极片。
本申请对隔离膜的种类没有特别的限制,可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在其中一些实施方式中,隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜,也可以是多层复合薄膜,没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时,各层 的材料可以相同或不同,没有特别限制。
在其中一些实施方式中,正极片、负极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。进一步地,上述电池还包括:外壳、电解液,电解液和电极组件容纳于外壳内。
上述外壳可用于封装电极组件及电解液。
在一些实施方式中,上述外壳可以是硬壳,例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。也可以是软包,例如袋式软包。软包的材质可以是塑料,作为塑料,可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。
本申请对电池的形状没有特别的限制,其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如,图1是作为一个示例的方形结构的电池1。
在一些实施方式中,上述电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中,电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
在一些实施方式中,溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。
在一些实施方式中,上述电解液还可选地包括功能性添加剂。例如功能性添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂,还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂,例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
上述电池为二次电池或锂电池。
另外,本申请还提供一种用电装置,该用电装置包括本申请提供的电池。
上述电池可以用作所述用电装置的电源,也可以用作用电装置的能量存储单元。
进一步地,上述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑 等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能***等,但不限于此。
作为用电装置,可以根据其使用需求来选择上述电池。
图2是作为一个示例的用电装置2。该用电设备为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化,可以采用二次电池作为电源。
具体实施例
实施例1
(1)制备主体聚合物,具体步骤如下:
1、在带有搅拌机,容量为30L的反应釜中,加入65质量份的丁二烯,35质量份的丙烯腈,0.1质量份的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,0.5质量份的十二烷基苯磺酸钠和2.5质量份油酸钾的复合皂,0.5质量份的分子量调节剂叔-十二烷基硫醇,0.3质量份过硫酸钾,0.02质量份三乙醇胺,100份水,在25℃下进行乳液聚合,当转化率达40~45%时,补加0.1质量份的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,当单体转化率达70%~75%时,升温到40℃维持聚合反应,当单体转化率至90%~97%时加终止剂硫酸羟胺,终止聚合反应,得到主体聚合物。
其中,以单体丁二烯、丙烯腈及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的总摩尔量为基准,丁二烯的摩尔占比记为K,具体请见表1。
对制得的聚合物进行红外测试,结果表明:主体聚合物的红外谱图中,存在端烯基的弯曲振动吸收峰(1450cm -1附近),说明步骤(1)的聚合过程中,丁二烯发生了1,2加成,制得的主体聚合物含有端烯基。
对制得的聚合物进行凝胶渗透色谱测试(GPC)测试,采用四氢呋喃作为溶剂,主体聚合物的数均分子量Mn为100万,具体请见表1。
2、将1,4-苯二硼酸(3.0g,18.1mmol)溶解在80mL的四氢呋喃中,超声、搅拌至其完全溶解,然后加入α-硫代甘油(4.01g,37.1mmol)、0.1mL的去离子水,搅拌5min,再加入MgSO 4(5.0g),室温下反应24h,反应结 束后过滤,取滤液挥发浓缩得白色固体,然后充分溶解在正庚烷中,过滤后挥发浓缩滤液得到白色产物,最后在50℃真空烘箱中干燥24h,即可得到交联剂A1,结构如下:
(2)将活性物质人造石墨、导电剂碳黑、步骤(1)制得的主体聚合物、步骤(1)制得的交联剂A1、去离子水按照质量比为53.658:0.22:1.1:0.022:45搅拌混合均匀,得到负极浆料,并观察制得的负极浆料是否出现凝胶。
其中,交联剂与步骤(1)制得的主体聚合物的质量比例记为L;
以人造石墨、导电剂碳黑、步骤(1)制得的主体聚合物、步骤(1)制得的交联剂A1的总质量为基准,步骤(1)制得的主体聚合物与交联剂的总质量占比记为M,具体请见表1。
按单面涂布重量300mg/1540.25mm 2,将负极浆料均匀涂覆于铝箔上,经过烘干、冷压、分切,得到负极极片,极片压实密度控制1.65g/cm 3。其中,涂布速度为30m/min,烘箱一共7节,温度和风频设计如下,1节:80℃~100℃,90Hz~110Hz;2节:90℃~110℃,90Hz~100Hz;3节:70℃~90℃,90Hz~100Hz;4节:70℃~90℃,90Hz~100Hz;5节:90℃~100℃,90Hz~100Hz。
(3)将步骤(2)制得的负极极片组装成锂电池,具体步骤包括:将正极极片、隔离膜、负极极片依次叠好,使隔离膜处于正、负极片之间起到隔离的作用,然后卷绕得到裸电芯,给裸电芯焊接极耳,并将裸电芯装入铝壳中,并在80℃下烘烤除水,随即注入电解液并封口,再依次经过静置、热冷压、化成、整形、容量测试等工序,获得锂离子电池。
其中正极极片、电解液及隔离膜的制备如下:
1、将正极活性物质LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2、导电碳SP、导电石墨、粘结剂PVDF、分散剂按重量比96.94:1.7:0.3:1:0.06在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后,均匀涂覆于铝箔上,经过烘箱烘干、冷压,分切,得到正极极片,极片压实密度控制3.45g/cm 3,CB值(单位面积负极容量与单位面积正极容量的比值)控制为1.1。
2、在氩气气氛手套箱中(H 2O<0.1ppm,O 2<0.1ppm),将有机溶剂碳 酸乙烯酯(EC)/碳酸甲乙酯(EMC)按照体积比3/7混合均匀,加入LiPF 6锂盐溶解于有机溶剂中,搅拌均匀,得到电解液,浓度为12.5wt%。
3、以聚丙烯膜作为隔离膜。
(4)对制得的锂离子电池的性能进行测试,具体如下:
对比例和其他实施例的锂离子电池产品同样按照上述步骤制备。
1、极片干燥开裂测试:利用CCD(电荷耦合器件)观察极片边缘和中间是否发生开裂,存在开裂即为不合格产品,不开裂即为合格产品,对同一批次制得的100片极片进行观察,并按照下述公式计算合格率:
合格率=合格产品数量÷100×100%
2、极片剥离力测试:将负极极片用刀模裁切为长400mm*宽30mm的长条形的极片样品;然后取一块平整的薄钢板,长度约200mm~300mm、宽度约40mm~60mm,在钢板中心贴上一条双面胶(长度大于样品测试长度即可,宽度20mm),用力抚平,保证双面胶紧密贴合在钢板中心。
揭开双面胶,将极片样品贴合在胶条上,然后将已粘贴固定的极片的钢板***拉力机下夹内,垂直固定;将未贴胶的极片***上夹内固定,使贴合在胶纸上的极片与上夹固定的极片成180°。固定好测试样品后校准清零,设定测试宽度,极片剥离长度50mm,剥离速100mm/min,然后开始测试,即可得到剥离力曲线,记录极片被剥离时的剥离力(N/m),具体结果如表1所示。
3、电池容量保持率测试:在25℃下,将锂离子电池以1/3C恒流充电至4.2V,再以4.2V恒定电压充电至电流为0.05C,搁置5min,再以1/3C放电至2.8V,所得容量记为初始容量C0。对上述同一个电池重复以上步骤,并同时记录循环第n次后电池的放电容量Cn,则每次循环后电池容量保持率Pn=Cn/C0*100%,循环300次后锂离子电池的容量保持率如表1所示。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同,区别仅在于:通过调控聚合条件使制得的数均分子量Mn为20万。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同,区别仅在于:通过调控聚合条件使制得的数均分子量Mn为150万。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同,区别仅在于:通过调控聚合条件使制得的数均分子量Mn为200万。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同,区别仅在于:通过调控聚合条件使制得的数均分子量Mn为5万。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同,区别仅在于:通过调控聚合条件使制得的数均分子量Mn为0.2万。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例7~8
实施例7~8与实施例1基本相同,区别在于:调控丁二烯在单体中的摩尔占比,控制不同的K值,并调控聚合物分子量与实施例1相同。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例9
实施例9与实施例1基本相同,区别仅在于:步骤(1)中不加入三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,并调控聚合物分子量与实施例1相同。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例10~13
实施例10~13与实施例1基本相同,区别仅在于:在保持交联剂与主体聚合物的总质量与实施例1相同的基础上,改变交联剂与主体聚合物的质量比例L,具体请见表1。
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例14~16
实施例14~16与实施例1基本相同,区别仅在于:改变步骤(2)中的M值,具体请见表1
其余步骤及条件与实施例1相同。
实施例17
实施例17与实施例1基本相同,区别仅在于:将实施例1中的丁二烯替换成摩尔量的2-氯-1.3-丁二烯。
其余步骤及条件与实施例1相同,具体请见表1,则K为2-氯-1.3-丁二烯的摩尔占比。
实施例18
实施例18与实施例1基本相同,区别仅在于:将实施例1中的丁二烯替换成摩尔量的乙烯基乙炔。
其余步骤及条件与实施例1相同,具体请见表1,则K为乙烯基乙炔的摩尔占比。
实施例19
实施例19与实施例1基本相同,区别仅在于:步骤(1)制备交联剂时,将1,4-苯二硼酸替换成等摩尔的萘-1,4-二硼酸,制得的交联剂A2的结构如下:
其他步骤与实施例1相同,具体结果请见表1。
实施例20
实施例20与实施例1基本相同,区别仅在于:步骤(1)制备交联剂时,将1,4-苯二硼酸替换成等摩尔的2,5-二硼酸噻吩,制得的交联剂A3的结构如下:
其他步骤与实施例1相同,具体结果请见表1。
实施例21
实施例21与实施例1基本相同,区别仅在于:步骤(1)制备交联剂的过程:为在茄形瓶中加入对苯二甲酸二酰肼(0.58g,3mmol),3-巯基-2-丁酮(1.04g,10mmol),冰醋酸0.3mL和210mL去离子水,室温搅拌7h,过滤,用去离子水清洗白色沉淀后,将固体放入真空干燥箱中干燥,得到交联剂A4,制得的交联剂A4的结构如下:
其他步骤与实施例1相同,具体结果请见表1。
对比例1
对比例1与实施例基本相同,不同之处仅在于:步骤(2)中,负极浆料 的制备如下:将负极活性物质石墨、导电剂碳黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按重量比96.8:0.7:1:1.5在去离子水溶剂体系中搅拌混合均匀,得到负极浆料。
其余步骤及条件与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同,不同之处仅在于:步骤(2)中不加入交联剂A1。
其他步骤及条件与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同,区别仅在于:步骤(1)制备交联剂时,将1,4-苯二硼酸替换成等摩尔的1,4-丁二硼酸,制得的交联剂的结构如下:
其他步骤与实施例1相同,具体结果请见表1。
对比例4
对比例4与对比例3基本相同,区别仅在于:步骤(1)制备主体聚合物时,将丙烯腈替换成等摩尔的苯乙烯。
其他步骤与实施例1相同,具体结果请见表1。
各实施例及对比例中相关的物理参数及测试结果请见表1。
表1
“/”表示胶结剂体系为商品粘结剂SBR,其他具体工艺参数请见对比例1文字部分记载。
由表1中实验结果分析可知:本申请中具有特定结构的树脂组合物作为粘结剂制备极片时,能保持与极片上的活性材料及集流体的具有良好的粘接性,粘接稳定性高,同时兼具优异的内聚力,能提高极片的防裂性能,且能够有效抑制活性材料在循环充放电过程中的体积变化,进而提高电池的循环稳定性。进一步地,通过进一步调控树脂组合物中主体聚合物的分子量、结构单元占比、主体聚合物与交联剂的配比,可进一步优化树脂组合物的粘接稳定性及防裂性能。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (20)

  1. 一种树脂组合物,其特征在于,所述树脂组合物包括主体聚合物及交联剂,所述交联剂如式(A)所示:
    (HS)n 1——L 1——Ar 1——L 1——(SH)n 1
    (A),
    其中,Ar 1选自环原子数为6~50的芳香基团;L 1每次出现,分别独立地选自单键、碳原子数为1~50的烷烃亚基、动态共价键基团中的一种或多种的组合;
    n 1每次出现,分别独立地选自1~3的整数;
    所述主体聚合物的结构单元含有式(1)所示结构,且所述主体聚合物不含芳香基团:
    其中,R 1、R 2分别独立地选自单键、取代或未取代的碳原子数为1~15的烷烃亚基、取代或未取代的碳原子数为2~15的烯烃亚基、取代或未取代的碳原子数为2~15的烷烃醚基中的任意一种;
    L 2选自取代或未取代的碳原子数为1~20的烃基,所述烃基含有烯键和/或炔键;
    *为连接位点。
  2. 如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,所述主体聚合物中,含式(1)所示结构的结构单元的摩尔占比不小于2.5%;和/或
    所述主体聚合物的数均分子量为0.2万~200万。
  3. 如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,所述交联剂与所述主体聚合物的质量之比为(0.001~0.1):1。
  4. 如权利要求1~3任一项所述的树脂组合物,其特征在于,所述主体聚合物至少含有一个末端烯键或一个末端炔键。
  5. 如权利要求1~4任一项所述的树脂组合物,其特征在于,R 1、R 2分别独立地选自单键或CR 3R 4
    R 3、R 4分别独立地选自H、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、卤素、酯基、羧基、羧基盐基团、羟基、氨基、氰基中的一种或多种的组合。
  6. 如权利要求1~5任一项所述的树脂组合物,其特征在于,所述主体聚合物的结构单元含有式(1-1)和/或式(1-2)所示结构:
    R 5每次出现,分别独立地选自H、取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃基、卤素、酯基、羧基、羧基盐基团、羟基、氨基、氰基中的一种或多种的组合;
    R 6选自单键、或取代或未取代的碳原子数为1~10的烷烃亚基。
  7. 如权利要求6所述的树脂组合物,其特征在于,R 5每次出现,分别独立地选自H、或卤素、或未取代的碳原子数为1~5的烷烃基;和/或
    R 6选自单键、或取代或未取代的碳原子数为1~5的烷烃亚基。
  8. 如权利要求6~7任一项所述的树脂组合物,其特征在于,所述主体聚合物中的至少一个结构单元如式(1-1)或式(1-2)所示。
  9. 如权利要求8所述的树脂组合物,其特征在于,所述主体聚合物中还含有如式(2)所示的结构单元:
    其中,R 7每次出现,分别独立地选自H、卤素、酯基、羧基、羧基盐基团、羟基、氨基、氰基、取代或未取代的碳原子数为1~5的烷烃基中的一种或多种的组合。
  10. 如权利要求1~9任一项所述的树脂组合物,其特征在于,Ar 1选自 如下结构中的任意一种:
    其中:Y选自CR 8、O、S和S=O中的任意一种;
    X 1每次出现时,分别独立地表示CR 9或N,且同一结构式中的X 1不同时为N;
    R 8和R 9每次出现时,分别独立地选自H、取代或未取代的具有1至10个碳原子的链烷基中的任意一种。
  11. 如权利要求1~10任一项所述的树脂组合物,其特征在于,所述动态共价键基团中的动态共价键选自硼酸酯键、酰腙键和Diels-Alder键中的至少一种。
  12. 一种交联树脂,其特征在于,所述交联树脂具有权利要求1~11任一项所述树脂组合物中的所述主体聚合物与所述交联剂通过交联位点连接的三维网状结构,所述交联位点包括所述主体聚合物中的不饱和键与所述交联剂中的硫醇键形成的碳硫单键,所述不饱和键选自烯键和/或炔键。
  13. 如权利要求1~11任一项所述的树脂组合物在制备粘结剂中的应用。
  14. 一种粘结剂,其特征在于,所述粘结剂包括如权利要求1~11任一项所述的树脂组合物。
  15. 一种电极浆料,其特征在于,所述电极浆料的组分包括溶剂及如权利要求1~11任一项所述的树脂组合物。
  16. 如权利要求15所述的电极浆料,其特征在于,以所述电极浆料中除所述溶剂之外的组分的总质量为基准,所述树脂组合物的质量占比为1%~10%。
  17. 一种极片,其特征在于,所述极片包括集流体及负载于所述集流体上的活性层,所述活性层的组分包括如权利要求12所述的交联树脂。
  18. 一种极片,其特征在于,所述极片包括集流体及负载于所述集流体上的活性层,所述活性层的制备原料包括如权利要求1~11任一项所述的树脂组合物。
  19. 一种电池,其特征在于,所述电池包括如权利要求17或18所述的极片。
  20. 一种用电装置,其特征在于,所述用电装置包括如权利要求19所述的电池。
CN202280062097.1A 2022-06-07 2022-06-07 树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置 Pending CN117940505A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2022/097335 WO2023236034A1 (zh) 2022-06-07 2022-06-07 树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117940505A true CN117940505A (zh) 2024-04-26

Family

ID=89117358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280062097.1A Pending CN117940505A (zh) 2022-06-07 2022-06-07 树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117940505A (zh)
WO (1) WO2023236034A1 (zh)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010287446A (ja) * 2009-06-12 2010-12-24 Sanyo Chem Ind Ltd 二次電池用電解質
CN103038224A (zh) * 2010-07-30 2013-04-10 日本瑞翁株式会社 醚化合物、非水系电池用电解液组合物、非水系电池电极用粘合剂组合物、非水系电池电极用浆料组合物、非水系电池用电极及非水系电池
US9660238B2 (en) * 2010-10-07 2017-05-23 Zeon Corporation Slurry for secondary battery porous membrane, a secondary battery porous membrane, an electrode for secondary battery, a separator for secondary battery and a secondary battery
CN104137311B (zh) * 2012-03-02 2016-05-11 日本瑞翁株式会社 二次电池用正极及二次电池
FR3040172B1 (fr) * 2015-08-20 2020-01-24 Ecole Superieure De Physique Et De Chimie Industrielles De La Ville De Paris Compositions de polymere comprenant des polymeres reticules comprenant des fonctions ester boronique, permettant des reactions d'echange, procede de preparation et utilisation
CN108987751A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种粘结剂及其二次电池
CN107779032B (zh) * 2017-10-16 2020-07-31 广州大学 一种原油低粘附防污涂层及其制备方法
CN112823176B (zh) * 2018-10-17 2023-08-22 纳美仕有限公司 树脂组合物
CN113809328B (zh) * 2020-06-11 2023-07-07 中能中科(天津)新能源科技有限公司 负极材料组合物、浆料、锂碳材料负极及锂离子电池
CN113652186B (zh) * 2021-09-29 2022-04-19 韦尔通(厦门)科技股份有限公司 一种光热双重固化树脂组合物及其制备方法和应用
CN114479011B (zh) * 2022-03-02 2023-04-14 桂林理工大学 一种基于动态可逆共价键的环氧类玻璃高分子材料及其制备方法
CN114573842B (zh) * 2022-03-14 2023-09-26 山东大学 耐高温、可再加工的苯并噁嗪热固性树脂及其合成方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023236034A1 (zh) 2023-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102629459B1 (ko) 바인더, 이를 포함하는 전극 및 리튬전지, 및 이의 제조 방법
TWI647874B (zh) Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, mixed material paste for negative electrode for lithium ion secondary battery, and method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery
CN103178291B (zh) 电解液、二次电池、电池组、电动车辆和电力存储***
US20150194665A1 (en) Electrode active material for power storage device and power storage device, and electronic equipment and transport equipment
CN103311500A (zh) 一种锂离子电池负极极片及制作方法
JP2014002834A (ja) リチウムイオン二次電池用負極材、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、およびそれらの製造方法
US20180034057A1 (en) Binder resin for lithium secondary battery electrode, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
US9640797B2 (en) Polymer serving as an electrode material for lithium secondary batteries
Xiong et al. Polytriphenylamine derivative with enhanced electrochemical performance as the organic cathode material for rechargeable batteries
CN116355147B (zh) 接枝聚合物、制备方法、粘结剂、正极极片、二次电池和用电装置
CN113224309B (zh) 一种具有自修复性能的锂硫电池粘结剂及其制备方法和应用
Jung et al. Polyimide containing tricarbonyl moiety as an active cathode for rechargeable Li-ion batteries
CN101595580B (zh) 聚自由基化合物-导电材料的复合体、及其制备方法和使用其的电池
WO2021043175A1 (zh) 一种硅氰基磺酸内酯化合物、锂离子电池电解液和锂离子二次电池
CN107887573B (zh) 具有拓扑结构的正极活性物质及其应用
JP4051947B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いたリチウム二次電池
CN115286801A (zh) Bab型嵌段共聚物、制备方法、粘结剂、正极极片、二次电池及用电装置
JP5407666B2 (ja) 二次電池用電解質およびこれを用いた非水電解質二次電池
WO2016066023A1 (zh) 电极粘结剂、正极材料以及锂离子电池
Zhao et al. Robust 3D Network binder for Stable and High‐Performance Si‐Based Lithium‐Ion Battery Anodes
CN117940505A (zh) 树脂组合物及其应用、粘结剂、电极浆料、极片、电池及用电装置
JP2015109254A (ja) リチウムイオン二次電池用バインダー樹脂組成物およびそれを含む負極合材ペースト、リチウムイオン二次電池用負極およびそれを含む二次電池
CN112635765A (zh) 一种金属锂电池负极、其制备方法及锂二次电池
KR20210136634A (ko) 공중합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 실리콘 음극용 고분자 바인더, 상기 실리콘 음극용 고분자 바인더를 포함하는 실리콘 음극 및 상기 실리콘 음극을 포함하는 리튬이온전지
JP4089235B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いたリチウム二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination