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)，能源使用也帶來了環(huán)境污染問題，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，使用過程中無污染，活性物質(zhì)固含量為10-60％，使用過程中可以稀釋、可以濃縮。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(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)劑選自過氧化氫、過硫酸鹽和無機(jī)還原劑或有機(jī)還原劑的組合、過氧化氫和無機(jī)還原劑或有機(jī)還原劑的組合、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的任意一種或二種以上組合。
所述的無機(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)明中如無特別說明，“％”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)劑過氧化氫和過硫酸銨用量為反應(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)劑過氧化氫和過硫酸銨按反應(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)劑過氧化氫和過硫酸銨用量為反應(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)劑過氧化氫和過硫酸銨按反應(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)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。