本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種涂覆于隔膜表面的粘結(jié)劑及制備方法，用于隔膜與正極極片和負(fù)極極片的粘結(jié)。
背景技術(shù)：
目前，石油能源正在大量消耗，中國(guó)已超越美國(guó)成為全球最大石油進(jìn)口國(guó)，能源使用也帶來(lái)了環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是PM2.5的爆發(fā)，其中傳統(tǒng)燃油汽車的尾氣排放“貢獻(xiàn)”較大，中國(guó)的汽車保有量?jī)H次于美國(guó)位列全球第二，節(jié)能與環(huán)保的壓力越來(lái)越大。從節(jié)能減排的角度考慮，發(fā)展電動(dòng)汽車意義深遠(yuǎn)、迫在眉睫。鋰離子動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的核心部件之一，要求具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。
鋰電池主要有正極、負(fù)極、隔膜、電解液等部分組成，隔膜在其中起著重要作用，一方面隔離正負(fù)極片以避免接觸短路，另一方面允許鋰離子在電池充放電過(guò)程中可以自由穿梭以滿足電能的儲(chǔ)存和釋放。鋰電池隔膜的質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)鋰電池性能影響很大，比如電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)壽命和安全性能等。使用傳統(tǒng)普通隔膜的電池在循環(huán)過(guò)程中由于卷繞張力和正負(fù)極片的膨脹作用會(huì)導(dǎo)致電芯變形，繼而影響電池壽命和安全性能，同時(shí)其倍率性能也難以滿足動(dòng)力電池的實(shí)際需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為提升隔膜和正負(fù)極片之間的附著力，提供了一種水性高分子共聚物粘結(jié)劑及制備方法，用于涂敷在隔膜表面，該水性高分子共聚物粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)為
-[CH2-CH(CN)-CH2-C(CH3)(COOCH3)-CHR2-C(COOH)R3-CH2-CH(CONH2)]n-
該粘結(jié)劑為水溶性，使用過(guò)程中無(wú)污染，活性物質(zhì)固含量為10-60％，使用過(guò)程中可以稀釋、可以濃縮。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種涂覆于隔膜表面的粘結(jié)劑，其特征在于，由丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、不飽和羧酸單體在水溶液介質(zhì)中通過(guò)引發(fā)劑誘導(dǎo)共聚反應(yīng)合成，其結(jié)構(gòu)式為-[CH2-CH(CN)-CH2-C(CH3)(COOCH3)-CHR2-C(COOH)R3-CH2-CH(CONH2)]n-。
所述丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、不飽和羧酸單體、丙烯酰胺、水的摩爾比為1.5-2.5：1：1：0.5-1：6.67-55，所述引發(fā)劑占反應(yīng)物質(zhì)總量的0.5-0.8％。
所述的不飽和羧酸單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基乙酸、馬來(lái)酸酐、衣康酸、烏頭酸、富馬酸、巴豆酸、檸康酸、肉桂酸中的任意一種。
所述的引發(fā)劑選自過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸鹽和無(wú)機(jī)還原劑或有機(jī)還原劑的組合、過(guò)氧化氫和無(wú)機(jī)還原劑或有機(jī)還原劑的組合、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉中的任意一種或二種以上組合。
所述的無(wú)機(jī)還原劑選自Fe2+、NaHSO3、Na2SO3、Na2S2O3；所述的有機(jī)還原劑選自醇、胺、葡萄糖。
一種制備涂覆于隔膜表面的粘結(jié)劑的方法，該制備方法包括如下步驟：將丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、不飽和羧酸單體、丙烯酰胺、水按1.5-2.5：1：1：0.5-1：6.67-55的摩爾比加入水溶液介質(zhì)中，通過(guò)引發(fā)劑誘導(dǎo)共聚反應(yīng)合成，反應(yīng)后活性物質(zhì)固含量控制在10-60％，制得水性高分子共聚物粘結(jié)劑，其結(jié)構(gòu)式為-[CH2-CH(CN)-CH2-C(CH3)(COOCH3)-CHR2-C(COOH)R3-CH2-CH(CONH2)]n-。
所述的丙烯腈配制成濃度40-60％的水溶液在0.5h-2h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中；所述的丙烯酰胺配制成30-50％的水溶液在0.5h-2h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中；所述的引發(fā)劑按反應(yīng)物總量的0.5-8％用量配制成10-40％的水溶液在0.5-5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中；剩余反應(yīng)物與水一次性加到反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在30-80℃，反應(yīng)時(shí)間2-8h。
本發(fā)明還提供一種粘結(jié)劑在鋰離子電池隔膜上的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)將粘結(jié)劑涂敷在隔膜與正負(fù)極片之間，牢固粘結(jié)，界面無(wú)空隙，縮短了鋰離子的傳輸途徑，可以提高電池的高溫存儲(chǔ)性能，提高工況下電池的安全性，另外使用粘結(jié)劑層隔膜還可以增加電解液的保液量，提高倍率放電和循環(huán)性能。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明中如無(wú)特別說(shuō)明，“％”均指質(zhì)量百分比。
實(shí)施例1
丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、水摩爾比為1.5：1：1：0.5：20，引發(fā)劑過(guò)硫酸銨占反應(yīng)物總量的5％；上述原材料為分析純級(jí)及以上的純度。
制備方法：
丙烯腈配制成濃度40％的水溶液在1.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中；丙烯酰胺配制成30％的水溶液在1.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中；引發(fā)劑過(guò)硫酸銨按反應(yīng)物總量5％的用量配制成20％的水溶液，在2.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，剩余反應(yīng)物與水一次性加到反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度30℃，反應(yīng)時(shí)間2h，反應(yīng)后活性物質(zhì)固含量20％。
實(shí)施例2
丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、水摩爾比為2：1：1：0.5：18，引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀用量為反應(yīng)物總量的6％。
制備方法：
丙烯腈配制成濃度50％的水溶液在1h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，丙烯酰胺配制成40％的水溶液在1h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀按反應(yīng)物總量6％的用量配制成15％的水溶液在2h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，剩余反應(yīng)物與水一次性加到反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)后活性物質(zhì)固含量25％。
實(shí)施例3
丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺、水摩爾比為2：1：1：0.7：15.7的摩爾比例配比，引發(fā)劑過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸銨用量為反應(yīng)物總量為4.5％。
制備方法：
按摩爾比將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、水加入到反應(yīng)器中，丙烯腈配制成濃度45％的水溶液在1h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，丙烯酰胺配制成45％的水溶液在1.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，引發(fā)劑過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸銨按反應(yīng)物總量4.5％的用量配制成10％的水溶液在2.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，剩余反應(yīng)物與水一次性加到反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)后活性物質(zhì)固含量30％。
實(shí)施例4
丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺、水摩爾比為2.5：1：1：1：55的摩爾比例配比，引發(fā)劑過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸銨用量為反應(yīng)物總量為4.5％。
制備方法：
按摩爾比將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、水加入到反應(yīng)器中，丙烯腈配制成濃度40％的水溶液在1h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，丙烯酰胺配制成45％的水溶液在1.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，引發(fā)劑過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸銨按反應(yīng)物總量4.5％的用量配制成10％的水溶液在2.5h時(shí)間內(nèi)滴加到反應(yīng)器中，剩余反應(yīng)物與水一次性加到反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)后活性物質(zhì)固含量28％。
實(shí)施例5
將實(shí)施例1制備得到粘結(jié)劑膠液涂覆到厚度12μm隔膜的一面，涂層厚度0.5μm，另一面涂覆4μm陶瓷，與單獨(dú)一面涂覆4μm陶瓷的隔膜進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示。
從孔隙率、透氣度等數(shù)據(jù)可以看出，涂膠陶瓷隔膜與陶瓷隔膜的基本物化性能一致；從電解液接觸角可以看出，涂膠陶瓷隔膜對(duì)電解液的浸潤(rùn)性能明顯優(yōu)于陶瓷隔膜；從60℃熱復(fù)合后粘結(jié)力可以看出，涂膠陶瓷隔膜作用效果明顯優(yōu)于陶瓷隔膜。
以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說(shuō)明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。