[发明专利]一种交联型聚氨酯粘结剂的制备方法及其在锂电池领域的应用有效

专利信息
申请号: 202010513363.0 申请日: 2020-06-08
公开(公告)号: CN111704708B 公开(公告)日: 2022-06-03
发明(设计)人: 蔡菁 申请(专利权)人: 广州市乐基智能科技有限公司
主分类号: C08G18/76 分类号: C08G18/76;C08G18/66;C08G18/42;C08G18/10;C08G18/32;H01M4/62;H01M10/052
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 张秋燕
地址: 510700 广东省广州市黄*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 交联 聚氨酯 粘结 制备 方法 及其 锂电池 领域 应用
【说明书】:

本发明公开了一种交联型聚氨酯类粘结剂的制备方法,包括以下步骤:1、聚氨酯的预聚合:将芳香族二异氰酸酯与聚酯二醇通过溶液聚合的方法,在一定温度下预反应,生成两端为氰酸根基团的嵌段聚合物;2、扩链:通过伯氨类扩链剂对步骤1获得的嵌段聚合物进行扩链,增大其分子量;3、交联:将步骤2获得的聚合物在加热条件下,进行交联反应,获得交联型聚氨酯。本发明所制备的交联型聚氨酯用于锂硫电池电极材料的粘结剂,其中含有大量带正电的仲氨基团、苯环刚性基团可以有效的抑制锂硫电池阴极中带负电的硫化物的析出及硫单质的体积效应,从而提高其库伦效率及其循环性能。

技术领域

本发明属于高分子材料领域,涉及一种锂硫电池用的粘结剂的制备方法。

背景技术

目前,研发出能量密度更高、功率更大、循环使用寿命更长高效能锂离子电池成为锂电池研究的热点。硫单质作为锂电池正极材料具有高达1650mAh/g的理论能量密度,非常符合人们对高能量密度锂电池的要求。因此,锂硫电池具有很广阔的发展前景。然而,锂硫电池具有几个难题,这极大地阻碍着锂硫电池的发展。如硫化物的穿梭效应,硫单质在充放电过程中产生的硫化物容易溶解在电解液中,并穿过隔膜沉积到负极上,极大的影响了电池性能。并且,硫单质在充放电过程中有较大的体积变化,这将破坏载硫骨架,使电池性能迅速降低。

粘结剂作为锂电池正极材料制备过程中不可或缺的一部分,良好的粘结剂可以有效的改善硫化物的析出及其体积效应。因此,人们在锂硫电池的粘结剂方面做了许多研究。如专利CN110190284A公开了一种水性复合粘结剂的制备方法,将多种聚合物按一定比例溶于去离子水中,当做锂硫电池正极用水性粘结剂。专利CN109768282A公开了一种水性复合粘接剂及其应用,同样是将几种聚合物按一定比例混合在一起使用。然而,这种方法存在聚合物分散困难的问题,在使用过程中容易团聚,导致极片涂布不均匀。专利CN109980227A公开了一种锂硫电池用复合粘结剂及其制备方法,将聚偏氟乙烯与聚氨酯按照一定比例溶解于有机溶剂中作为锂硫电池的粘结剂,该方法在一定程度上解决了分散的问题,但是对硫化物的有效吸附的能力仍然有限。上述的方法在一定程度上都对粘结剂的性能有所改善,但都未能制备出新的聚合物粘结剂,且对硫化物的吸附性较差。

发明内容

本发明针对锂硫电池的硫化物的穿梭效应及硫单质的体积效应,提供了一种锂硫电池用的交联型聚氨酯粘结剂的制备方法,所制备的粘结剂含有大量带正电的仲氨基团、苯环刚性基团可以有效的抑制锂硫电池阴极中带负电的硫化物的析出及硫单质的体积效应,从而提高其库伦效率及其循环性能。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:

一种交联型聚氨酯粘结剂的制备方法,主要包括以下步骤:

(1)聚氨酯的预聚合:将芳香族二异氰酸酯与聚酯二醇通过溶液聚合的方法,在一定温度下预反应,生成两端为氰酸根基团的嵌段聚合物;

(2)扩链:通过小分子伯氨类扩链剂对步骤(1)获得的嵌段聚合物进行扩链反应,增大其分子量;

(3)交联:将步骤(2)获得的聚合物在加热条件下进行交联反应,获得交联型聚氨酯粘结剂。

按上述方案,步骤(1)所述的芳香族二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯等中任意一种或几种。

按上述方案,所述的聚酯二醇优选为聚己二酸二甘醇酯二醇(PAD)、聚己二酸乙二醇酯二醇(PEA)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)等中任意一种;且分子量在1500-2500,羟值为53-61mgKOH/g。

按上述方案,步骤(2)所述的小分子伯氨类扩链剂为己二胺、乙二胺、1,2-丙二胺等中任意一种。

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