CN113451577A - 一种磺化芳香聚酰胺粘结剂及其制备方法、锂硫电池正极片 - Google Patents
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂及其制备方法、锂硫电池正极片 Download PDFInfo
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Abstract
发明公开了一种磺化芳香聚酰胺粘结剂。本发明还公开了上述磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,包括如下步骤:在惰性气体氛围中,在吡啶、亚磷酸三苯酯、催化剂、三乙胺存在条件下,芳香二酸和芳香二胺进行直接缩聚反应得到磺化芳香聚酰胺粘结剂。本发明还公开了一种锂硫电池正极片。本发明具有良好的粘结性能,且能避免穿梭效应,提高电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及粘结剂技术领域,尤其涉及一种磺化芳香聚酰胺粘结剂及其制备方法、锂硫电池正极片。
背景技术
锂硫电池(Li-S)是指以金属锂为负极,单质硫或者硫的化合物为正极的高能量二次电池体系,其材料理论比容量和电池理论比能量较高,分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg,远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。单质硫在地球中储量丰富,具有价格低廉,硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染,环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。锂硫电池在放电过程中产生的易溶于电解液的长链多硫化物,容易产生“穿梭效应”,会造成容量衰减。
粘结剂是锂硫电池正极材料中重要的组成部分,其用量虽少,但对电极的结构和形貌具有至关重要的影响。电极中加入粘结剂主要是为了粘覆活性电极物质和导电剂,使极片组分与集流体有良好接触;同时稳定极片内部结构,缓解电极材料在电池循环过程中带来的体积收缩膨胀应力变化。目前锂硫电池正极用粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)等。但是其聚偏氟乙烯对极片组分与集流体的粘结性能不高,对“穿梭效应”的改善效果并不太好。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种磺化芳香聚酰胺粘结剂及其制备方法、锂硫电池正极片,本发明具有良好的粘结性能,且能避免穿梭效应,提高电池性能。
本发明提出了一种磺化芳香聚酰胺粘结剂,其结构如式(I)所示:
其中,Ar1为如下基团中的任意一种:
Ar2为如下基团中的任意一种:
优选地,n为100-1500中的任一整数。
本发明还提出了上述磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,包括如下步骤:在惰性气体氛围中,在吡啶、亚磷酸三苯酯、催化剂、三乙胺存在条件下,芳香二酸和芳香二胺进行直接缩聚反应得到磺化芳香聚酰胺粘结剂。
优选地,芳香二酸为具有如下结构式的物质中的任意一种:
优选地,芳香二胺为具有如下结构式的物质中的任意一种:
优选地,催化剂为氯化钙、氯化锂中的至少一种。
优选地,反应溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选地,吡啶、亚磷酸三苯酯、三乙胺的体积比为1:1.05-1.15:0.85-0.9。
优选地,芳香二酸和芳香二胺的摩尔比为1:1-1.1。
优选地,芳香二酸、催化剂的摩尔比为1:1.5-2。
优选地,芳香二酸、吡啶的摩尔比为1:6-6.4。
优选地,直接缩聚反应的程序为:于70-75℃反应2.5-3h,90-95℃反应12.5-13.5h,115-120℃反应9-10h。
本发明还提出了一种锂硫电池正极片,包括集流体以及附着于集流体表面的正极材料,所述正极材料包括含硫活性物质、导电剂和粘结剂,所述粘结剂为上述磺化芳香聚酰胺粘结剂。
优选地,含硫活性物质、导电剂和粘结剂的重量比为3:2:0.8-1。
上述导电剂可以为:石墨烯、碳纳米管、导电炭黑、MXene、乙炔黑、碳纤维、碳纳米纤维、金属涂覆的碳纤维等。
有益效果:
本发明通过对芳香聚酰胺进行磺化处理,改善其溶解性,将其作为粘结剂使用,其具有良好的粘结性能,可以提高含硫活性物质、导电剂和集流体之间良好的接触,且不影响活性物质与电解液的接触,进而提高电池性能;其次芳香聚酰胺具有较多的活性基团,可以固定多硫化物,避免穿梭效应,提高电池性能。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,包括如下步骤:
在氮气氛围中,将0.4g氯化钙、0.2g氯化锂、2ml吡啶、20ml N-甲基吡咯烷酮混匀,加热搅拌至溶解,冷却至室温,然后加入4mmol间苯二甲酸、4mmol4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-二磺酸、2.2ml亚磷酸三苯酯、1.75ml三乙胺混匀,然后于70℃搅拌保温反应3h,接着于90℃搅拌反应13.5h,再于115℃搅拌反应10h,然后冷却至室温,缓慢倒入甲醇中,浸泡12h后,过滤,用去离子水浸泡12h,过滤,真空干燥得到磺化芳香聚酰胺粘结剂。
实施例1所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例2
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,包括如下步骤:
在氮气氛围中,将0.4g氯化钙、0.1g氯化锂、1.9ml吡啶、20ml N-甲基吡咯烷酮混匀,加热搅拌至溶解,冷却至室温,然后加入4mmol间苯二甲酸、4.4mmol 4,4'-二氨基-2,2'-联苯二磺酸、2.0ml亚磷酸三苯酯、1.6ml三乙胺混匀,然后于75℃搅拌保温反应2.5h,接着于95℃搅拌反应12.5h,再于120℃搅拌反应9h,然后冷却至室温,缓慢倒入甲醇中,浸泡12h后,过滤,用去离子水浸泡12h,过滤,真空干燥得到磺化芳香聚酰胺粘结剂。
实施例2所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例3
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,包括如下步骤:
在氮气氛围中,将0.45g氯化钙、0.15g氯化锂、2.1ml吡啶、20ml N-甲基吡咯烷酮混匀,加热搅拌至溶解,冷却至室温,然后加入4mmol 1,3-二(4-羧基苯氧基)苯、4.2mmol4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-二磺酸、2.4ml亚磷酸三苯酯、1.9ml三乙胺混匀,然后于72℃搅拌保温反应2.8h,接着于92℃搅拌反应13h,再于117℃搅拌反应9.5h,然后冷却至室温,缓慢倒入甲醇中,浸泡12h后,过滤,用去离子水浸泡12h,过滤,真空干燥得到磺化芳香聚酰胺粘结剂。
实施例3所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例4
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,芳香二酸为1,4-二(3-羧基苯氧基)苯,芳香二胺为4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-二磺酸,其他同实施例1,所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例5
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,芳香二酸为1,3-二(3-羧基苯氧基)苯,芳香二胺为4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-二磺酸,其他同实施例1,所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例6
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,芳香二酸为1,3-二(4-羧基苯氧基)苯,芳香二胺为4,4'-二氨基-2,2'-联苯二磺酸,其他同实施例1,所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例7
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,芳香二酸为1,4-二(3-羧基苯氧基)苯,芳香二胺为4,4'-二氨基-2,2'-联苯二磺酸,其他同实施例1,所得粘结剂的结构式如下所示:
实施例8
一种磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,芳香二酸为1,3-二(3-羧基苯氧基)苯,芳香二胺为4,4'-二氨基-2,2'-联苯二磺酸,其他同实施例1,所得粘结剂的结构式如下所示:
实验
取实施例1-8制得的粘结剂,用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,分别配置质量分数为1%的粘结剂溶液;然后按照升华硫粉、乙炔黑、粘结剂的重量比为3:2:0.9,称取升华硫粉和乙炔黑,分别加入到粘结剂溶液中搅拌8h混匀得到8个正极浆料,然后将正极浆料分别均匀涂覆在涂炭铝箔圆片表面,真空干燥,然后冲压得到6个正极圆片(直径14mm);并以传统粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF),按照相同方法制备对照正极片。
分别取上述正极片,在氩气氛围的手套箱中组装获得扣式电池(隔膜为PE/PP/PE复合膜,电解液为:1wt%硝酸锂溶液、1mol/l双三氟甲烷磺酰亚胺锂,溶剂为等体积的1,3-二氧戊环和乙二醇二甲醚)。
对各个扣式电池进行性能检测,结果如表1所示。
表1检测结果
由表1可以看出,使用本发明制得的锂硫扣式电池其性能远好于对照例。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述磺化芳香聚酰胺粘结剂,其特征在于,n为100-1500中的任一整数。
3.一种如权利要求1或2所述磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:在惰性气体氛围中,在吡啶、亚磷酸三苯酯、催化剂、三乙胺存在条件下,芳香二酸和芳香二胺进行直接缩聚反应得到磺化芳香聚酰胺粘结剂。
6.根据权利要求3-5任一项所述磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,其特征在于,催化剂为氯化钙、氯化锂中的至少一种;优选地,反应溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求3-6任一项所述磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,其特征在于,吡啶、亚磷酸三苯酯、三乙胺的体积比为1:1.05-1.15:0.85-0.9;优选地,芳香二酸和芳香二胺的摩尔比为1:1-1.1;优选地,芳香二酸、催化剂的摩尔比为1:1.5-2;优选地,芳香二酸、吡啶的摩尔比为1:6-6.4。
8.根据权利要求3-7任一项所述磺化芳香聚酰胺粘结剂的制备方法,其特征在于,直接缩聚反应的程序为:于70-75℃反应2.5-3h,90-95℃反应12.5-13.5h,115-120℃反应9-10h。
9.一种锂硫电池正极片,其特征在于,包括集流体以及附着于集流体表面的正极材料,所述正极材料包括含硫活性物质、导电剂和粘结剂,所述粘结剂为权利要求1或2所述磺化芳香聚酰胺粘结剂。
10.根据权利要求9所述锂硫电池正极片,其特征在于,含硫活性物质、导电剂和粘结剂的重量比为3:2:0.8-1。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005082726A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd | 架橋スルホン化ポリイミド、その製造法及び用途 |
CN1708537A (zh) * | 2002-10-31 | 2005-12-14 | 东丽株式会社 | 脂环式或芳族聚酰胺、聚酰胺膜、使用所述聚酰胺或聚酰胺膜的光学部件以及聚酰胺的共聚物 |
CN1919895A (zh) * | 2006-09-04 | 2007-02-28 | 上海氯碱化工股份有限公司 | 芳香磺化聚硫醚砜及其制备方法和应用 |
JP2010102986A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池 |
JP2011124174A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Nippon Kayaku Co Ltd | 電池電極形成用バインダー及び電極合材 |
CN104466112A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-25 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 一类磺化聚合物作为粘结剂应用于锂电池电极 |
WO2016013611A1 (ja) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | 日本化薬株式会社 | 非水系電池電極形成用結着材、結着材組成物、それを用いた電極合剤スラリー、電極構造体および非水系電池 |
CN111518279A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-08-11 | 南京大学 | 一种基于芳香族二硫键的聚硅氧烷及其应用 |
CN111777984A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-10-16 | 浙江中科玖源新材料有限公司 | 一种磺化聚酰亚胺粘结剂、电极片及锂离子电池 |
CN112204083A (zh) * | 2019-02-01 | 2021-01-08 | 株式会社Lg化学 | 聚酰胺树脂膜和使用其的树脂层合体 |
-
2021
- 2021-05-12 CN CN202110515962.0A patent/CN113451577B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1708537A (zh) * | 2002-10-31 | 2005-12-14 | 东丽株式会社 | 脂环式或芳族聚酰胺、聚酰胺膜、使用所述聚酰胺或聚酰胺膜的光学部件以及聚酰胺的共聚物 |
JP2005082726A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd | 架橋スルホン化ポリイミド、その製造法及び用途 |
CN1919895A (zh) * | 2006-09-04 | 2007-02-28 | 上海氯碱化工股份有限公司 | 芳香磺化聚硫醚砜及其制备方法和应用 |
JP2010102986A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池 |
JP2011124174A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Nippon Kayaku Co Ltd | 電池電極形成用バインダー及び電極合材 |
WO2016013611A1 (ja) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | 日本化薬株式会社 | 非水系電池電極形成用結着材、結着材組成物、それを用いた電極合剤スラリー、電極構造体および非水系電池 |
CN104466112A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-25 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 一类磺化聚合物作为粘结剂应用于锂电池电极 |
WO2016090867A1 (zh) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | 北京天恒盛通科技发展有限公司 | 一类磺化聚合物作为粘结剂应用于锂电池电极 |
CN112204083A (zh) * | 2019-02-01 | 2021-01-08 | 株式会社Lg化学 | 聚酰胺树脂膜和使用其的树脂层合体 |
CN111518279A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-08-11 | 南京大学 | 一种基于芳香族二硫键的聚硅氧烷及其应用 |
CN111777984A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-10-16 | 浙江中科玖源新材料有限公司 | 一种磺化聚酰亚胺粘结剂、电极片及锂离子电池 |
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