一种粘结剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池，具体涉及一种粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、隔膜是电池中的关键部分，设置在正极片和负极片之间，起到隔离的作用。目前广泛使用的电池隔膜为聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃隔膜，传统的聚烯烃隔膜熔点较低，在高温下容易收缩或熔化，使正负极接触短路导致电池起火爆炸等危险情况发生。为提高聚烯烃隔膜的热稳定性，人们想了很多办法，如杂化聚烯烃，聚乙烯聚丙烯共用、陶瓷涂覆隔膜等。

2、陶瓷涂覆隔膜，是使用粘结剂与无机颗粒、去离子水混合制备得到陶瓷浆料，之后将陶瓷浆料涂覆在聚烯烃隔膜表面，利用al2o3、sio2等无机颗粒来提高聚烯烃隔膜的热稳定性。陶瓷浆料干燥后，在隔膜表面均匀地分布一层无机粒子，热分解温度提高，但陶瓷隔膜要求透气性不能降低，否则阻碍电解质离子自由穿梭，导致电池性能下降。常用的陶瓷涂覆隔膜，聚烯烃隔膜表面的粘结剂在电池注入电解液后容易吸收电解液溶胀，粘结剂溶胀堵塞聚烯烃隔膜的孔隙，陶瓷隔膜透气性降低，电池的安全性能降低；且现有粘结剂对现有的低表面能的膜类材质如聚烯烃隔膜的粘结力差，有脱落危险，导致隔膜失去阻隔效果。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有陶瓷隔膜使用的粘结剂热稳定性差，粘结力弱的问题，本技术提供一种粘结剂及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种粘结剂，所述粘结剂包括具有核壳结构的三维网络聚合物，所述三维网络聚合物包括内核层、中间层和最外层，所述中间层设置在所述内核层和所述最外层之间，所述粘结剂满足式1和式2；

3、tg1-tg2＞0，式1

4、tg2-tg3＞0，式2

5、其中，tg1为内核层的玻璃化转变温度；

6、tg2为中间层的玻璃化转变温度；

7、tg3为最外层的玻璃化转变温度。

8、优选的，所述内核层的玻璃化转变温度tg1为60℃～120℃，所述中间层的玻璃化转变温度tg2为20℃～60℃，所述最外层的玻璃化转变温度tg3为-20℃～20℃。

9、优选的，所述内核层包括第一聚合单体，所述第一聚合单体包括苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、二乙烯基苯、三羟甲基丙烷三丙烯酸腈酯中的一种或多种；

10、和/或，所述中间层包括第二聚合单体，所述第二聚合单体包括叔碳酸乙烯酯以及第一丙烯酸类单体，所述叔碳酸乙烯酯和所述第一丙烯酸类单体的质量比为(5～20)：(80～95)，所述第一丙烯酸类单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸烯丙酯中的一种或多种；

11、和/或，所述最外层包括第三聚合单体，所述第三聚合单体包括丙烯腈以及第二丙烯酸类单体，所述丙烯腈和所述第二丙烯酸类单体的质量比为(5～30)：(40～70)，所述第二丙烯酸类单体包括丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯、顺丁烯二酸二丁酯、衣康酸、丙烯酸十二酯、丙烯酸十八酯中的一种或多种。

12、优选的，所述粘结剂还包括有机硅低聚物，所述有机硅低聚物包括水溶性硅油；

13、以所述粘结剂的总质量为100％计，所述有机硅低聚物的质量含量为0.2％～2％。

14、优选的，所述粘结剂还包括保护胶体，以所述粘结剂的总质量为100％计，所述保护胶体的质量含量为1％～4％；

15、和/或，所述保护胶体包括聚丙烯酸-丙烯腈多元共聚物胶体。

16、优选的，所述粘结剂还包括乳化剂，以所述粘结剂的总质量为100％计，所述乳化剂的质量含量为1％～4％；

17、所述乳化剂包括阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂；

18、和/或，所述阴离子表面活性剂包括烷基硫酸盐、烷基芳香基磺酸盐、烷基磺酸盐中的至少一种；

19、和/或，所述非离子表面活性剂包括烷基聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的至少一种。

20、优选的，所述粘结剂包括引发剂，以所述粘结剂的总质量为100％计，所述引发剂的质量含量为0.1％～0.4％；

21、所述引发剂包括过硫酸盐；

22、所述粘结剂的平均粒径为450nm～550nm。

23、第二方面，本技术提供一种上述所述的粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

24、制备内核层乳液：将去离子水、保护胶体、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂混合，在第一次聚合反应温度下加入第一聚合单体和引发剂进行第一次聚合反应，得到内核层乳液；

25、制备内核层-中间层乳液：在内核层乳液中加入第二聚合单体和引发剂进行第二次聚合反应，得到内核层-中间层乳液；

26、制备核壳结构-三维网络聚合物乳液：在内核层-中间层乳液中加入第三聚合单体和引发剂进行第三次聚合反应，得到核壳结构-三维网络聚合物乳液；

27、制备粘结剂：将核壳结构-三维网络聚合物乳液和保护胶体、去离子水和有机硅低聚物混合均匀，混合结束后调节ph值至7.0～7.5得到粘结剂。

28、优选的，制备内核层乳液步骤中，在内核层乳液中，第一聚合单体的质量含量为10％～25％，引发剂的质量含量为0.05％～0.2％；

29、制备内核层-中间层乳液步骤中，第二聚合单体与内核层乳液的质量比为(10～25)：100，引发剂与内核层乳液的质量比为(0.05～0.15)：100；

30、制备核壳结构-三维网络聚合物乳液步骤中，第三聚合单体与内核层-中间层乳液的质量比为(8～15)：100，引发剂与内核层-中间层乳液的质量比为(0.05～0.15)：100；

31、第一次聚合反应温度为80～84℃，第一次聚合反应时间为120～180min；

32、第二次聚合反应温度为80～85℃，第二次聚合反应时间为100～180min；

33、第三次聚合反应温度为82～84℃，第三次聚合反应时间为120～200min；

34、制备粘结剂步骤中，去离子水和核壳结构-三维网络聚合物乳液的质量比为(15～25)：100；

35、和/或，在制备粘结剂步骤中，在30～60℃条件下将核壳结构-三维网络聚合物乳液和保护胶体、去离子水和有机硅低聚物混合均匀，混合结束后使用去离子水进行稀释，稀释结束后降温至40℃以下，调节ph值至7.0～8.0得到粘结剂。

36、第三方面，本技术提供一种上述所述的粘结剂或由上述所述的粘结剂的制备方法制备得到的粘结剂在隔膜中的应用。

37、本技术提供的粘结剂包括具有核壳结构的三维网络聚合物，核壳且为三维网络的结构，能够以支撑聚合物骨架且抵抗电解液溶胀，保持粘结剂的强度同时避免坍塌，用于涂覆隔膜表面时减少因粘结剂吸收电解液溶胀导致堵塞隔膜孔隙，提高陶瓷隔膜的透气性。内核层的玻璃化转变温度最高，刚性模量大，不易坍塌。中间层连接内核层和最外层，中间层的玻璃化转变温度高于最外层的玻璃化转变温度，中间层具有一定的韧性，且中间层不蠕变。最外层的玻璃化转变温度最低，卷芯热压过程中，最外层易于熔化，且最外层具有对隔膜有亲和力的基团，能够将极片和隔膜粘结在一起，制备得到的粘结剂的粘结力高，且涂覆不易脱落。

38、本技术提供的粘结剂热稳定性高、粘结剂力强，且核壳结构的三维网络聚合物能够抵抗电解液溶胀，提高陶瓷隔膜的透气性、粘结性和热稳定性。