CN1076040C - 一种电池用粘合剂及其制备方法和用途 - Google Patents

一种电池用粘合剂及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明一种电池用粘合剂，包括聚四氟乙烯乳液或聚丙烯酸酯乳液和增稠剂，其中增稠剂中含有丙烯酸或α-甲基丙烯酸80%～85%、丙烯酸酯(或α-甲基丙烯酸酯)5%～10%、异丙基丙烯酰胺1%～5%、自交联单体2～5%。使用本发明正极材料制成的电池(1)提高了电极片的耐碱性或耐溶剂性；(2)提高了二次电池的充放电循环性。

Description

一种电池用粘合剂的制备方法及其用途
本发明涉及到电池用粘合剂及其制备方法和用途，特别是涉及到使用一种新型的增稠剂制作镍氢电池或锂电池电极材料粘合剂的方法以及使用本发明粘合剂制成电极片组装成镍氢电池或锂电池。
电池用的粘合剂主要是将粉末状的电极材料粘结起来，因此，粘合剂的性能和组成成分影响着电池的电化学性能。目前，电池用的粘合剂大多是采用聚四氟乙烯乳液或聚丙烯酸酯乳液与增稠剂复配的方法，将粘度调整到合适值以满足使用的要求，增稠剂通常是羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、共聚的丙烯酸钠丙烯酰胺等如：昭58-102465、昭58-163157、昭58225563、昭60-74355、平3-112056、特开平8-264175、CN-1076313。它们的共同缺点在于增稠剂分子以游离的形式存在于粘合剂中，当电池进行电化学反应时，增稠剂分子会从粘合剂中析出进入电解液，影响了电池的电化学性能导致电池循环寿命的下降。
本发明的目的在于克服了已有技术中的缺点，合成了一种新型的增稠剂来制备粘合剂的方法。特别是采用化学共聚合的方法，在增稠剂的分子链上引入自交联单体。使用本专利发明的粘合剂制做电池的电极片，在电极的烘干过程中发生交联单体的自交联反应使粘合剂分子形成一个整体的网络，使该种粘合剂具有优良的韧性和粘结性，在碱性电解液或有机极性电解液中具有良好的稳定性。使用本发明的粘合剂制造的电极片可提高电池的电化学性能和电池循环寿命。
本发明的电池粘合剂包括一种新型的增稠剂的制备方法以及用它制备粘合剂，其中增稠剂的用量为0.5～3％，增稠剂中各组分的含量为：
丙烯酸(或α-甲基丙烯酸)80％～85％
丙烯酸酯(或α-甲基丙烯酸酯)5％～10％
异丙基丙烯酰胺1％～5％
自交联单体2～5％。其中丙烯酸酯包括：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯；自交联单体包括：邻苯二甲酸二乙烯酯、邻苯二甲酸二丙烯酯、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯，本发明的百分比除非另有说明，均为重量百分比。粘合剂的制作：
本发明的电池用粘合剂包括一种新型的增稠剂的合成，以及用它增稠聚四氟乙烯乳液或聚丙烯酸酯乳液获得粘合剂的过程，其制备过程包括以下的步骤：1.增稠剂的制作：取丙烯酸(或α-甲基丙烯酸)80％～85％、丙烯酸酯(或α-甲基丙烯酸酯)5％～10％、异丙基丙烯酰胺1％～5％自交联单体2～5％。以过氧化苯甲酰为引发剂，85～95℃的条件下，在120号汽油或石油醚中用悬浮聚合法共聚3～5小时，获得粉末状的共聚物。2.将上述方法制备的共聚物溶入聚四氟乙烯或聚丙烯酸酯乳液中，并加入5％～10％的氨水使体系的pH＝11～14，此时体系自动增稠，搅拌均匀后获得粘度为800～1000厘泊的电池粘合剂。
用本发明的粘合剂制成电极片并组装成电池。
本发明的粘合剂可用于镍氢电池和锂电池。
应用本专利发明的粘合剂制作的电池克服了以往电池的缺点，取得了如下的发明效果：(1)提高了电极片的耐碱性或耐溶剂性；(2)提高了二次电池的充放电循环性。
以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便起见，决不是限制本专利发明。[实施例1]1.粘合剂的制作：丙烯酸10.5g、丙烯酸丁酯0.8g、异丙基丙烯酰胺0.3g、羟甲基丙烯酰胺0.4g、邻苯二甲酸二丙烯酯0.15g、120号汽油150mL，以过氧化苯甲酰为引发剂，采用悬浮聚合的方法，在90～93℃下反应4小时获得粉末状的共聚物。然后，将1g共聚物溶入100g聚丙烯酸酯乳液中，并加入5％的氨水使体系的pH＞12，此时体系自动增稠，搅拌均匀后获得粘度为800～1000厘泊的镍氢电池负极粘合剂。2.使用上述方法制做的粘合剂，制成镍氢电池的负极片，并组装成AA型镍氢电池(见附表1)。[实施例2]1.粘合剂的制作：丙烯酸10g、丙烯酸异辛酯0.8g、异丙基丙烯酰胺0.6g、丙烯酸羟丙酯0.3g、邻苯二甲酸二丙烯酯0.15g、120号汽油150mL，以过氧化苯甲酰为引发剂，采用悬浮聚合的方法，在92～93℃下反应3小时获得粉末状的共聚物。然后，将1g共聚物溶入100g聚丙烯酸酯乳液中，并加入5％的氨水使体系的pH＞12，此时体系自动增稠，搅拌均匀后获得粘度为800～1000厘泊的镍氢电池负极粘合剂。2.使用上述方法制做的粘合剂，制成镍氢电池的负极片，并组装成AA型镍氢电池(见附表1)。[实施例3]1.将实施例2制备的增稠剂1g溶入100g聚四氟乙烯乳液中，并加入5％的氨水使体系的pH＞12，此时体系自动增稠，搅拌均匀后获得粘度为800～1000厘泊的镍氢电池正极粘合剂。使用上述方法制做的粘合剂，制成镍氢电池的负极片，并组装成AA型镍氢电池(见附表1)。[实施例4]1.粘合剂的制作：α-甲基丙烯酸8.5g、丙烯酸异辛酯1.1g、异丙基丙烯酰胺0.4g、丙烯酸羟乙酯0.4g、邻苯二甲酸二丙烯酯0.15g、石油醚150mL，以过氧化苯甲酰为引发剂，采用悬浮聚合的方法，在92～93℃下反应3小时获得粉末状的共聚物。然后，将1g共聚物溶入100g聚丙烯酸酯的乳液中，并加入5％的氨水使体系的pH＞12，此时体系自动增稠，搅拌均匀后获得粘度为800～1000厘泊的锂电池正极粘合剂。2.使用上述方法制做的粘合剂，制成锂电池的正极片，并组装成钮扣型锂电池(见附表2)。[实施例5]1.粘合剂的制作：丙烯酸10g、丙烯酸乙酯1g、异丙基丙烯酰胺0.3g、丙烯酸羟丙酯0.4g、邻苯二甲酸二丙烯酯0.15g、石油醚150mL，以过氧化苯甲酰为引发剂，采用悬浮聚合的方法，在92～93℃下反应3小时获得粉末状的共聚物。然后，将1g共聚物溶入100g聚丙烯酸酯的乳液中，并加入5％的氨水使体系的pH＞12，此时体系开始自动增稠，搅拌均匀后获得粘度为800～1000厘泊的粘合剂。2.使用上述方法制做的粘合剂，制成锂电池的正极片，并组装成钮扣型电池(见附表2)。[比较例1]
以聚四氟乙烯乳液为镍氢电池负极粘合剂，制成镍氢电池的负极片，并组装成AA型镍氢电池(见附表1)。[比较例2]1.将羧甲基纤维素钠溶入聚丙烯酸酯乳液中，搅拌均匀后获得粘度为800～1000锂二次电池正极粘合剂。2.使用上述方法制做的粘合剂，制成锂二次电池的正极片，并组装成钮扣型电池(见附表2)。附表1
    耐碱性(天)* 充放电循环性(次)
    实施例1     ＞10 ＞300
    实施例2     ＞10 ＞300
    实施例3     ＞3 ＞200
    比较例1     ＜3 ＜200
*在30％的KOH水溶液中浸泡至电极粉漂出时的天数。附表2
耐溶剂性(天)* 充放电循环性(次)
    实施例4 ＞10 ＞300
    实施例5 ＞10 ＞300
    比较例2 ＜2 ＜200
*浸泡在电解液中电极片溶涨或散落的天数。

Claims (8)

1.一种电池用粘合剂，包括粘合剂乳液、增稠剂，其特征在于所述增稠剂的用量为0.5-3％，所述的增稠剂的组成和重量百分含量如下：丙烯酸或α-甲基丙烯酸80％～85％丙烯酸酯或α-甲基丙烯酸酯5％10％异丙基丙烯酰胺1％～5％自交联单体2～5％。
2.根据权利要求1所述的一种电池用粘合剂，其特征在于所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯。
3.根据权利要求1所述的一种电池用粘合剂，其特征在于所述的自交联单体为羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、邻苯二甲酸二乙烯酯、邻苯二甲酸二丙烯酯。
4.根据权利要求3所述的一种电池用粘合剂，其特征在于所述的自交联单体为两种或两种以上的自交联单体的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种电池用粘合剂的制备方法，其特征在于按下列步骤顺序进行(1).增稠剂的制作：取丙烯酸或α-甲基丙烯酸80％～85％、丙烯酸酯或α-甲基丙烯酸酯5％～10％、异丙基丙烯酰胺1％～5％，自交联单体2～5％，在85～95℃的条件下，用悬浮聚合法共聚3～5小时，获得粉末状的共聚物，(2).将上述方法制备的共聚物溶入聚四氟乙烯或聚丙烯酸酯乳液中，并加入氨水搅拌均匀后获得电池粘合剂。
6.根据权利要求5所述的一种电池用粘合剂的制备方法，其特征在于所述的体系的pH值＝11-14。
7.根据权利要求5所述的一种电池用粘合剂的制备方法，其特征在于所述的粘度为800-1000厘泊。
8.根据权利要求1所述的一种电池用粘合剂的用途，其特征在于所述的粘合剂用于制作镍氢电池或锂电池。
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