[发明专利]一种采用电子束辐照技术制备三维网络结构导电水凝胶粘结剂的方法

说明书

本发明公开了一种采用电子束辐照技术制备三维网络结构导电水凝胶粘结剂的方法，属于水凝胶粘结剂技术领域。本发明利用电子束辐照技术先后进行功能化石墨烯量子点(FGOD)与聚丙烯酸(PAA)的三维网络交联聚合以及聚吡咯(PPy)的表面原位聚合，得到综合性能更加优异的三维网络结构导电水凝胶粘结剂。本发明将电子束辐照技术用于制备三维网络结构导电水凝胶粘结剂，避免了在制备过程中添加引发剂，且得到的粘结剂性能进一步提升。

技术领域

本发明涉及一种采用电子束辐照技术制备三维网络结构导电水凝胶粘结剂的方法，属于水凝胶粘结剂技术领域。

背景技术

粘结剂是储能器件电极的重要组成部分，大约占电极材料的5％-8％，在电极中起到将活性物质与集流体箔材、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂之间粘结起来的作用，用量不多，但粘结剂的选择对储能器件的质量与性能影响却至关重要。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种常用的油性黏性剂作为一种非极性链状高分子，具有抗氧化能力强、热稳定性好、易分散等优点，但也存在吸水粘性下降、易溶胀、杨氏模量相对较高、所制极片柔韧性不高、电化学反应存在热积累易造成热失控风险等问题。

尽管已有研究表明PVDF性能可以进一步获得改善，但作为油性粘结剂，其在使用过程中往往需要与有机溶剂配合使用，以便辅助其进行分散、粘结、干燥成膜等。这个过程中，有机溶剂的使用，对人体及环境存在潜在的毒害危险，且有机溶剂容易吸水，对生产和使用环境要求较高。而相较于PVDF等油性粘结剂，水系粘结剂具有丰富的官能团，可以和电极材料表面进行键和，从而提升其粘结性能；且水系粘结剂具有有机溶剂无释放、环境友好、价廉、使用方便和安全等优点。因此，水性粘结剂的研究与应用已成为储能器件尤其是锂离子电池粘结剂发展的未来趋势。

目前，研究较多的水性粘结剂主要有羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)乳液、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(Alg)等。尽管水性粘结剂的研发符合产业发展趋势，且也具备替代油性粘结剂应用于工业中的潜在能力，但无论油性还是水性粘结剂，目前大多数粘结剂的导电性往往较差，在使用过程仍需加入导电剂来实现电极内部的电荷传送。而这些电荷传输路径却会因电极充放电循环过程中活性物质的体积收缩以及导电剂的位移发生断路，从而造成电荷传送路径的损失；同时也会造成粘结剂的粘结性能下降。如果制备的粘结剂本身具有较好的导电性，能够形成电子和离子的传输通道，在电极内建立良好的导电网络并减少惰性成份的质量分数，将有助于提升电极的能量密度和功率密度。因此，进一步增强或赋予水性粘结剂以导电性等功能特性成为近几年粘结剂应用研究新的热点。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种采用电子束辐照技术制备三维网络结构导电水凝胶粘结剂的方法。本发明提供的三维网络结构导电水凝胶粘结剂PAA-FGOD-PPy应用于电极时，既能实现电极内离子、电子的快速传输，又能保证电极的结构稳定性，能够满足高性能储能器件发展需要。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种采用电子束辐照技术制备三维网络结构导电水凝胶粘结剂的方法，包括以下步骤：

(1)功能化石墨烯量子点改性三维凝胶粘结剂PAA-FGOD的制备：将丙烯酸单体与功能化石墨烯量子点按10-100:1质量比超声分散溶解在去离子水中，然后将该分散液置于电子束发生装置中，进行电子束辐照，辐照剂量为50-300KGy；经洗涤、干燥，获得石墨烯量子点功能化改性三维凝胶粘结剂PAA-FGOD；

(2)功能化石墨烯量子点改性三维凝胶网络结构粘结剂PAA-FGOD-PPy的制备：将制得的PAA-FGOD在冰水浴条件下按1-100:1质量比浸入含吡咯单体的水溶液中；然后再将其置于电子束发生装置中，进行电子束辐照，辐照剂量为50-300KGy；经洗涤、干燥，得到PAA-FGOD-PPy，即三维网络结构导电水凝胶粘结剂。