一种锂离子电池用粘结剂及其制备方法与流程

本发明属于电池粘结剂，具体涉及一种锂离子电池用粘结剂及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。充电时，l i+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池有许多优点，如高能量密度、长寿命、自放电低等，这些优点使得锂离子电池在便携式电子设备、电动汽车和可再生能源存储等领域有广泛应用。

2、锂动力电池的正负极材料中，如钴酸锂、磷酸铁锂等化合物，通常需要形成颗粒状结构，然而，这种结构往往缺乏足够的机械强度，因此需要添加粘结剂来提高其力学强度，但是常用的线性聚合物粘结剂长时间浸泡在电解液中以及多次充放电循环浸泡后，其稳定性会下降，不利于电极保持长循环稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池用粘结剂，解决现有粘结剂稳定性不好，不利于电极保持长循环稳定性的问题，目的之二在于提供一种锂离子电池用粘结剂的制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一：将4-羟基磷酸苯酯和四氢呋喃加入反应釜中，在0-4℃的条件下向反应釜中加入碳酸钾作为干燥剂，120-240r/min搅拌20-30min，向反应釜中加入六氯环三磷腈继续搅拌120-150min，然后升温至20-25℃并保温搅拌2-3天，过滤除去碳酸钾，减压蒸馏除去四氢呋喃后得到粗产物；将粗产物用二氯甲烷进行萃取，饱和食盐水洗涤3-5次并收集有机相，将有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸馏后将产物用乙酸乙酯重结晶，将重结晶产物在50-60℃的条件下真空干燥，得到六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物；反应过程如下所示：

5、

6、进一步地，4-羟基磷酸苯酯、四氢呋喃、碳酸钾和六氯环三磷腈的用量比为6.1-6.2g：100-120ml：9.6-10g：1g。

7、步骤二：将甲醇和1,2-二氯苯按照1：1的体积比加入反应釜中并搅拌混合作为混合溶剂，然后向反应釜中加入六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物，在200-500r/min的条件下搅拌20-30min，使六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物完全溶解，再加入质量分数为1％的半乳甘露聚糖水溶液，升温至40-45℃并继续搅拌20-30min，使半乳甘露聚糖上的羟基和六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物上的羟基发生缩合，通过原位交联的方式形成三维网状的聚合物，60-80℃条件下真空干燥，得到胶块；

8、进一步地，混合溶剂、六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物和半乳甘露聚糖水溶液的用量比为16-20ml：0.15-0.2g：16-20ml。

9、步骤三：将胶块用50-100倍质量的去离子水重新溶胀，冷冻干燥，得到冻干胶粉，将冻干胶粉和摩尔浓度为0.045-0.05mo l/l的酸性氯化亚锡溶液加入反应釜中，在20-25℃和200-300r/min的条件下搅拌40-60min，完成敏化处理后离心，将沉淀冷冻干燥，用无水乙醇洗涤2-3次，得到预处理胶粉；

10、进一步地，冻干胶粉和酸性氯化亚锡溶液的用量比为0.8-1g：10ml。

11、步骤四：将预处理胶粉加入反应釜中并用去离子水重新溶胀，然后加入纳米金溶液，在20-25℃和200-300r/min的条件下搅拌10-20min，保温静置12-16h，冷冻干燥，用无水乙醇洗涤2-3次，得到锂离子电池用粘结剂。

12、进一步地，预处理胶粉、去离子水和纳米金溶液的用量比为1.5-2g：80-100ml：3-4ml。

13、进一步地，纳米金溶液通过如下步骤制备：

14、将摩尔浓度为14.7mmo l/l的氯金酸水溶液和质量浓度为10g/l的柠檬酸钠水溶液加入反应釜中，在0-4℃和200-300r/min的条件下搅拌40-60s，然后向反应釜中加入摩尔浓度为26.4mmo l/l的硼氢化钠乙醇溶液，继续搅拌15-20s，得到纳米金溶液，保存备用。

15、进一步地，氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液和硼氢化钠乙醇溶液的体积比为1：1：1。

16、本发明的有益效果：

17、本发明锂离子电池用粘结剂具有较好的粘结力，有助于电极保持长循环稳定性。制备过程中，六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物带有三角孔拓扑结构，可以提供高效的导电通道，改善粘结剂的导电性，有利于电子传输，从而有助于提高电极材料的电化学性能和锂离子电池的稳定性。六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物和半乳甘露聚糖原位交联制备出冻干胶粉，通过共价键和氢键协同作用，相较于普通的粘结剂具有更强的粘结力和界面键合作用，有助于提高电极片的机械性能和适应电极材料的体积膨胀，有利于提高电极的长循环稳定性。

18、冻干胶粉经过敏化处理后络合有二价亚锡化合物，将纳米金溶液中的四氯合金离子还原成纳米金颗粒，最终使纳米金颗粒均匀分散并结合在粘合剂聚合物网络中，避免纳米金颗在电池充放电过程中脱落，有助于降低集流体与电极材料间的阻抗，进一步提高粘结剂的导电性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述混合溶剂、六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物和半乳甘露聚糖水溶液的用量比为16-20ml：0.15-0.2g：16-20ml。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述冻干胶粉和酸性氯化亚锡溶液的用量比为0.8-1g：10ml。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述预处理胶粉、去离子水和纳米金溶液的用量比为1.5-2g：80-100ml：3-4ml。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为按照1：1体积比混合的甲醇和1,2-二氯苯。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述六(4-膦酸-苯氧基)环三磷腈前体产物通过如下步骤制备：

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述4-羟基磷酸苯酯、四氢呋喃、碳酸钾和六氯环三磷腈的用量比为6.1-6.2g：100-120ml：9.6-10g：1g。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述纳米金溶液通过如下步骤制备：

9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述氯金酸水溶液、柠檬酸钠水溶液和硼氢化钠乙醇溶液的体积比为1：1：1。

10.一种锂离子电池用粘结剂，其特征在于，通过权利要求1-9中任意一项所述制备方法制得。

技术总结本发明公开了一种锂离子电池用粘结剂及其制备方法，属于电池粘结剂技术领域，首先制备出六(4‑膦酸‑苯氧基)环三磷腈前体产物，再以原位交联的方式和半乳甘露聚糖反应制备出冻干胶粉，通过酸性氯化亚锡溶液敏化处理得到带有二价亚锡化合物的预处理胶粉，混入纳米金溶液还原出纳米金颗粒，得到锂离子电池用粘结剂；通过共价键和氢键协同作用，相较于普通的粘结剂具有更强的粘结力和界面键合作用，有助于提高电极片的机械性能和适应电极材料的体积膨胀，有利于提高电极的长循环稳定性；其三角孔拓扑结构可以提供高效的导电通道，改善粘结剂的导电性；纳米金颗粒有助于降低集流体与电极材料间的阻抗，进一步提高粘结剂的导电性能。技术研发人员：胡利英,郭云涛,刘迪华,曾夏伟,李丹受保护的技术使用者：湖南幸福时代新能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18