一种水溶性粉体导电粘结剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于导电粘结剂领域，具体涉及一种水溶性粉体导电粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、导电粘结剂属于功能粘合剂的一类。大多数为双组分环氧体系。由主体成分、导电填料、增韧剂、溶剂以及其它添加剂等组成。主体成分起粘接作用，由粘接强度、可靠性、耐热性、耐老化性、耐高低温冲击性以及耐水性等来选定。增韧剂一般采用低分子量活性增韧剂，如液体端羧基丁腈橡胶、低分子聚酯、低分子聚酰胺、低分子聚碳橡胶等。起到导电作用的导电填料常用的有银粉、镀银铜粉，镀银石英粉等，填加纯银粉粘合剂的导电性能最好、最稳定。用来调节粘度的稀释剂多为非活性稀释剂，如低分子酮类、酯类、乙二醇乙醚、异丙醇、松节油、四氢呋喃和芳香烃等。

2、现有的锂离子电池负极粘结剂如丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸类高分子、pvdf等，pvdf需要有机溶剂nmp溶解，价格高且污染环境，对人体有害，且回收成本高。而丁苯橡胶乳液粘结力低，且浆料粘度低需复配cmc使用，用量大，脆性强，且在循环过程中使电池动力学性能恶化。目前主流负极匀浆工艺为干法混料，需将粘结剂、导电剂、活性材料分别混入，粉尘大，料损严重，且制浆工艺复杂，时间较长，影响电芯生产效率。导电性良好的一维导电剂碳纳米管，比表面积大，分散困难，需提前加入分散剂球磨、均质分散制备成导电浆料，低固含，存储时间长易絮凝。而市场上常用粘结剂多为高粘水溶液，不易运输，存储易变质水解，使用过程物料残留严重，损耗大。同时本粉体为弱酸性，可以与强碱性高硅体系匹配，有效改善由于高硅材料ph较高造成粘结剂失效问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对目前匀浆工艺中需要将粘结剂、导电剂以及活性材料干法混料，工艺复杂且效率低，浆料存储易絮凝，以及水性粘结剂不易存储等缺点，本发明公开了一种水溶性粉体导电粘结剂及其制备方法和应用。

2、技术方案：一种水溶性粉体导电粘结剂，有效成分具有如下结构单元的粉末状固体，n为聚合度，其分子量50万-150万

3、

4、r1，r2，r3，r4＝-h、-cooh、-cn、-y-cooh、-oh、-conh2或-con-y，

5、其中y＝-h或c原子数1-4的烷基。

6、优选的，上述r1，r2，r3，r4为-cooh、-cn、-oh或-conh2。

7、优选的，上述r1＝-conh2，r2＝-cn，r3＝-oh，r4＝-h。

8、上述水溶性粉体导电粘结剂，在热重分析测定中的第一相变热分解温度tm1不低于250℃。

9、上述水溶性粉体导电粘结剂，按重量份数计，由以下成分经混合制得：改性碳纳米管1-20份，主体粘结剂20-50份，助溶剂5-10份，功能性粘结剂10-20份；所述主体粘结剂为含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液。

10、上述改性碳纳米管为经过羧基化、羟基化或氨基化处理的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

11、上述含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液的单体包括含有羟基的单体和不含羟基的其他单体。

12、上述含有羟基的单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或甲基丙烯酸羟乙酯；所述不含羟基的其他单体为丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯。

13、上述含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液的固含量为20wt.％-50wt.％，其中羟基在乳液固含量中的占比为3wt.％-10wt.％。

14、上述助溶剂分为酸性与碱性物质，所述酸性物质为草酸、丙烯酸、甲酸、酒石酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸或有机磺酸，所述碱性物质为氢氧化物，所述氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或有机碱。

15、上述功能性粘结剂为聚丙烯酸，分子量为2万-100万。

16、上述水溶性粉体导电粘结剂的制备方法，步骤为：1、按照计量比将主体粘结剂，加入反应釜中，加入去离子水，调节固含在2wt.％-15wt.％，50-85℃加热混合至均匀得胶液；2、改性碳纳米管与水混合，超声4-12h，得到碳管分散液，并将碳管分散液加入到步骤1所得胶液中；3、继续加热50℃-85℃搅拌至均匀，调节搅拌速度200rpm-2000rpm，加入功能性粘结剂，再加入助溶剂将ph调至2-7，继续加热搅拌2-10h，停止反应；4、过滤冷却，得到均匀的黑色沉淀物，去离子水洗涤；5、干燥后粉碎，得到粘结剂干粉。

17、上述干燥方法为真空干燥或喷雾干燥。

18、上述粘结剂在制备锂离子电池负极中的应用。

19、有益效果：本发明粉体导电粘结剂，可在ph＝6-9水溶液中溶解为胶液，能够有效避免由于储存引起聚丙烯酸粘结剂水解，粘结力下降。其次，碳管分散好，匀浆过程不会发生絮凝，保证碳管导电性能的有效性。第三，一体化粘结剂有效提高匀浆效率，避免多种物料混合造成的沉降，絮凝与团聚。最后，更易运输，节约运输成本。不会因粘度过高，使用过程中损失严重，节约成本。

技术特征：

1.一种水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，有效成分具有如下结构单元的粉末状固体，n为聚合度，其分子量50万-150万

2.根据权利要求1所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述r1，r2，

3.根据权利要求1所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述r1＝-conh2，

4.根据权利要求1所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，在热重分析测定中的第一相变热分解温度tm1不低于250℃。

5.权利要求1-4任一所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，按重量份数计，由以下成分经混合制得：改性碳纳米管1-20份，主体粘结剂20-50份，助溶剂5-10份，功能性粘结剂10-20份；所述主体粘结剂为含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液。

6.根据权利要求5所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述改性碳纳米管为经过羧基化、羟基化或氨基化处理的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

7.根据权利要求5所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液的单体包括含有羟基的单体和不含羟基的其他单体。

8.根据权利要求7所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述含有羟基的单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或甲基丙烯酸羟乙酯；所述不含羟基的其他单体为丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯。

9.根据权利要求5所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液的固含量为20wt.％-50wt.％，其中羟基在乳液固含量中的占比为3wt.％-10wt.％。

10.根据权利要求5所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述助溶剂分为酸性与碱性物质，所述酸性物质为草酸、丙烯酸、甲酸、酒石酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸或有机磺酸，所述碱性物质为氢氧化物，所述氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或有机碱。

11.根据权利要求5所述水溶性粉体导电粘结剂，其特征在于，所述功能性粘结剂为聚丙烯酸，分子量为2万-100万。

12.权利要求1-11任一所述水溶性粉体导电粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤为：1、按照计量比将主体粘结剂，加入反应釜中，加入去离子水，调节固含在2wt.％-15wt.％，50-85℃加热混合至均匀得胶液；2、改性碳纳米管与水混合，超声4-12h，得到碳管分散液，并将碳管分散液加入到步骤1所得胶液中；3、继续加热50℃-85℃搅拌至均匀，调节搅拌速度200rpm-2000rpm，加入功能性粘结剂，再加入助溶剂将ph调至2-7，继续加热搅拌2-10h，停止反应；4、过滤冷却，得到均匀的黑色沉淀物，去离子水洗涤；5、干燥后粉碎，得到粘结剂干粉。

13.根据权利要求12所述制备方法，其特征在于，所述干燥方法为真空干燥或喷雾干燥。

14.权利要求1-11任一所述粘结剂在制备锂离子电池负极中的应用。

技术总结一种水溶性粉体导电粘结剂及其制备方法和应用，按重量份数计，包含以下成分：改性碳纳米管1‑20份，主体粘结剂20‑50份，助溶剂5‑10份，功能性粘结剂10‑20份；所述主体粘结剂为含有多羟基结构的聚丙烯酸粘结剂乳液。本发明粉体导电粘结剂，可在pH＝6‑9水溶液中溶解为胶液，能够有效避免由于储存引起聚丙烯酸粘结剂水解，粘结力下降。其次，碳管分散好，匀浆过程不会发生絮凝，保证碳管导电性能的有效性。第三，一体化粘结剂有效提高匀浆效率，避免多种物料混合造成的沉降，絮凝与团聚。最后，更易运输，节约运输成本。不会因粘度过高，使用过程中损失严重，节约成本。技术研发人员：曾双利,董仕晋,岳敏受保护的技术使用者：无锡零一未来新材料技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15