[发明专利]一种用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂及制备方法。所述胶粘剂由含四唑结构配体的纳米MOFs与改性PVDF复合交联而成，交联密度为2～10wt％，各组分按质量分数计为：含四唑结构配体的纳米MOFs 1～10wt％，改性PVDF 90～99wt％。本发明采用低GMA含量的三元共聚物P(VDF‑CTFE)‑g‑PGMA和含四唑结构配体的纳米MOFs配合，可以进行低度交联，改善界面作用，提高粘结强度和容量保持率；同时由于纳米MOFs的高比表面积和多孔特点，可以吸附体系可能产生的氟离子。

技术领域

本发明属于锂电池胶粘剂领域，涉及一种用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂及制备方法。

背景技术

在锂电池中，胶粘剂主要用来稳定电极结构，虽然含量较少，但是对电池性能影响较大。聚偏氟乙烯(PVDF)是目前主要使用的胶粘剂，但其在不同活性物质中的应用存在不同的缺陷。因此，新型胶粘剂的开发广受关注。Zhong等将聚丙烯酸酯乳液作为锂离子电池正极的水溶性胶粘剂，结果发现，在100次充放电循环后，正极放电比容量和容量保持率均高于PVDF/NCM正极放电比容量(Zhong H X，Sun M H，Li Y，et al.Journal of SolidState Electrochemistry，2016，20(1)，1)。Gao等将水性胶粘剂PTFE应用在电极中，与传统胶粘剂PVDF对比，PTFE电池首次放电容量(161.1mAh/g)比PVDF电池首次放电容量(150.7mAh/g)高(Gao S Y，Su Y F，Bao L Y，et al.Journal of Power Sources，2015，298，292)。Han等将石墨烯与PVDF复合，得到一种具有导电性的复合胶粘剂，并将其应用在负极中，石墨烯能改善电池循环性能和容量保持率(Han S W，Kim S J，Oh E S.TheElectrochemical Society，2014，161(4)，A587)。

金属有机骨架(MOFs)作为一种新兴的有机-无机杂化材料，与传统的有机和无机材料相比，具有组分和结构的多样性及可调性、多孔及高比表面积特性等优点。

发明内容

针对目前商品化胶粘剂存在的强度低、容量保持率和电池循环寿命不高等问题，本发明提供一种用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂及制备方法。本发明采用改性PVDF和含四唑结构配体的纳米MOFs低度交联，复合形成胶粘剂，具有改善界面作用，提高粘结强度和锂电池容量保持率。

本发明所述的用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂，由含四唑结构配体的纳米MOFs与改性PVDF复合交联而成，交联密度为2～10wt％，各组分按质量分数计为：含四唑结构配体的纳米MOFs 1～10wt％，改性PVDF 90～99wt％，所述的改性PVDF为偏氟乙烯(VDF)、三氟氯乙烯(CTFE)和甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)的三元共聚物P(VDF-CTFE)-g-PGMA，CTFE单体含量为5～10wt％，GMA单体含量为0.5wt％～5wt％。

优选地，所述的用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂，交联密度为4～8％，改性PVDF中CTFE单体含量为7.5wt％，GMA单体含量为3.5wt％。

本发明还提供上述用于锂电池的改性PVDF/纳米MOFs胶粘剂的制备方法，具体步骤如下：按比例，将改性PVDF、含四唑结构配体的纳米MOFs加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌，得到胶粘剂。

优选地，改性PVDF和含四唑结构配体的纳米MOFs的总浓度为8±1wt％，搅拌时间为1～2h。

本发明所述的改性PVDF为偏氟乙烯(VDF)、三氟氯乙烯(CTFE)和甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)的三元共聚物P(VDF-CTFE)-g-PGMA，通过以下步骤制备：