CN114085302A - 氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为0.5~5 mL/min的氩气0.5~2h以排除空气;(2)将管状氯化设备中通入含氯气体,控制流速为0.3~700mL/min,控制反应温度为40~60℃,反应8~16h,得到氯化聚偏氟乙烯材料。本发明的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,采用氯改性PVDF,能够很好地减缓正极在充放电过程中引起的应力‑应变,提高电极的机械性能,从而提高了电极的倍率特性以及长循环特性;本发明的制备条件温和,采用低温条件氯化,适合规模化生产。

Description

氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法及其用途
技术领域
本发明涉及属于电池制备技术领域,尤其涉及一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法及其用途。
背景技术
锂离子电池 (LIBs)于1991年首次引入市场。由于具有较高的比容量和比能量,LIBs广泛应用于汽车工业用电动工具、混合动力电动汽车和电动汽车以及日常生活用便携式设备;粘结剂,尤其是正极粘结剂是结合活性物质、导电剂与集流体,稳定电极结构,保持电极在电池充放电过程中结构完整稳定的重要组成。粘结剂的实效会导致电极材料活性物质失效,以及电绝缘或者离子绝缘,使得电极材料失效,引起电池性能劣化;目前在锂离子正极材料使用的粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF,该粘结剂具有较好的粘接性能,但是也存在一定的缺点,比如电子与离子电导率差容易招成一定的溶胀,抗充放电所产生的应力应变能力较差,从而使得电池循环寿命,功率特性等方面受到明显的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法及其用途,制备的氯化PVDF具有很好的离子电导率,粘接强度高,能够很好地减缓正极在充放电过程中引起的应力-应变,提高电极的机械性能,从而提高了电极的倍率特性以及长循环特性。
本发明采用的技术方案是:
一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:包括以下步骤:
(1)将聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为0.5~5 mL/min的氩气0.5~2h以排除空气;
(2)将管状氯化设备中通入含氯气体,控制流速为0.3~700mL/min,控制反应温度为40~60℃,反应8~16h,得到氯化聚偏氟乙烯材料。
优选的是,所述的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:所述步骤(1)中PVDF的分子量大于60万。
优选的是,所述的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:所述步骤(1)中PVDF的粒度为2~100目。
优选的是,所述的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:所述步骤S2的含氯气体为含3~58%v/v Cl2的N2
一种聚偏氟乙烯材料在制备电极片或电池中的用途。
优选的是,所述制备电极片的用途,其中:所述制备电极片具体包括以下步骤:
S1.调浆:将电极材料、导电剂、氯化聚偏氟乙烯材料混合,搅拌均匀,制成电极浆料;
S2.涂覆:将制得的电极浆料均匀涂布在铝箔上,涂覆厚度5~1050μm,置于60~80℃的鼓风干燥箱中干燥1~2h,随后转移至真空烘箱中,60~80℃干燥6~12h,得到电极片。
优选的是,所述制备电极片的用途,其中:所述步骤S1电极材料:导电剂:粘结剂质量比为0.8-0.95:1:1。
优选的是,所述制备电池中的用途,其中:所述制备电池具体包括以下步骤:
S11.调浆:将电极材料、导电剂、氯化聚偏氟乙烯材料混合,搅拌均匀,制得电极浆料,所述电极材料、导电剂、氯化聚偏氟乙烯材料质量比为8:1:1;
S12.涂覆:将制得的电极浆料均匀涂布在铝箔上,涂覆厚度50~150μm,置于60~80℃的鼓风干燥箱中干燥1~2h,随后转移至真空烘箱中,60~80℃干燥6~12h,得到电极片;
S13.电池组装:将步骤S12获得的电极片作为电池正极,锂片作为负极,进行电池组装,得到电池。
优选的是,所述制备电池中的用途,其中:所述步骤S11导电剂为乙炔黑、碳纤维、碳纳米管和石墨烯的一种或多种。
本发明的优点在于:
本发明的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,采用氯改性PVDF,能够很好地减缓正极在充放电过程中引起的应力-应变,提高电极的机械性能,从而提高了电极的倍率特性以及长循环特性;本发明的制备条件温和,采用低温条件氯化,适合规模化生产。
附图说明
图1为制备氯化聚偏氟乙烯材料的装置示意图。
图2为实施例6中分别使用PVDF材料和Cl-PVDF粉末制备电池的循环曲线图。
图3为实施例6中分别使用PVDF材料和Cl-PVDF粉末制备电池的倍率曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:包括以下步骤:
(1)将分子量大于60万、粒度为40目的聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为1 mL/min的氩气2h以排除空气;
(2)将管状氯化设备中通入含3%v/v Cl2的N2,其流速为3mL/min,控制反应温度为40℃,反应16h,得到Cl-PVDF粉末。
实施例2
一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:包括以下步骤:
(1)将分子量大于60万、粒度为40目的聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为5 mL/min的氩气0.5h以排除空气;
(2)将管状氯化设备中通入含8%v/v Cl2的N2,其流速为7mL/min,其流速为7 mL/min,控制反应温度为65℃,反应8h,得到Cl-PVDF粉末。
实施例3
一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:包括以下步骤:
(1)将分子量大于80万、粒度为40目的聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为2 mL/min的氩气1h以排除空气;
(2)将管状氯化设备中通入含5%v/v Cl2的N2,其流速为5mL/min,其流速为5 mL/min,控制反应温度为50℃,反应12h,得到Cl-PVDF粉末。
实施例4
一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其中:包括以下步骤:
(1)将分子量大于80万、粒度为40目的聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为2 mL/min的氩气1h以排除空气;
(2)将管状氯化设备中通入含45%v/v Cl2的N2,其流速为5mL/min,其流速为5 mL/min,控制反应温度为50℃,反应12h,得到Cl-PVDF粉末。
实施例5
将PVDF、以及实施例1~4获得的Cl-PVDF材料分别用于制备电池,具体步骤包括:
S11调浆:按照 8:1:1 的质量比将NCM811材料、导电剂(导电碳纤维VGCF)、粘结剂(PVDF或者Cl-PVDF材料)混合,搅拌均匀,制成电极浆料;
S12涂覆:将制得的电极浆料均匀涂布在铝箔上,涂覆厚度100μm,置于70℃的鼓风干燥箱中干燥1.5h,随后转移至真空烘箱中,70℃干燥9h,得到电极片;
S13电池组装:将步骤S12获得的NCM811电极片作为扣式电池正极,锂片作为负极,进行扣式电池组装,获得5种电池编号为1~5。
实验例6
PVDF材料以及实施例3制备的Cl-PVDF粉末经过实施例5制备的电池的循环曲线比较:
电池正极为采用NCM811,负极为锂金属,电解质膜分别为PEO与F-PEO,根据实施例5制备成扣式电池进行电化学性能测试:电池充电至为4.7V,放电至3V,0.1C充放电,从图2显示的充放电曲线结果可得出,由于缓解了应力应变,Cl-PVDF粉末作为粘结剂的极片能够较好地提高循环性能。
PVDF材料以及实施例3制备的Cl-PVDF粉末经过实施例5制备的电池的倍率特性曲线比较:
电池正极为采用NCM811,负极为锂金属,电解质膜分别为PEO与F-PEO,根据实施例5制备成扣式电池进行电化学性能测试:电池充电至为4.7V,放电至3V,0.1C充放电,从图3显示的充放电曲线结果可得出,Cl-PVDF所制备得到的电池比容量更高,并具有较好的倍率特性。
本发明的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,采用氯改性PVDF,能够很好地减缓正极在充放电过程中引起的应力-应变,提高电极的机械性能,从而提高了电极的倍率特性以及长循环特性;本发明的制备条件温和,采用低温条件氯化,适合规模化生产。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将聚偏氟乙烯粉末放入管状氯化设备中,通入流速为0.5~5 mL/min的氩气0.5~2h以排除空气;
(2)将管状氯化设备中通入含氯气体,控制流速为0.3~700mL/min,控制反应温度为40~60℃,反应8~16h,得到氯化聚偏氟乙烯材料。
2.根据权利要求1所述的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中PVDF的分子量大于60万。
3.根据权利要求1所述的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中PVDF的粒度为2~100目。
4.根据权利要求1所述的氯化聚偏氟乙烯材料的制备方法,其特征在于:所述步骤S2的含氯气体为含3~58%v/v Cl2的N2
5.一种如权利要求1所述的聚偏氟乙烯材料在制备电极片或电池中的用途。
6.根据权利要求5所述制备电极片的用途,其特征在于:所述制备电极片具体包括以下步骤:
S1.调浆:将电极材料、导电剂、氯化聚偏氟乙烯材料混合,搅拌均匀,制成电极浆料;
S2.涂覆:将制得的电极浆料均匀涂布在铝箔上,涂覆厚度5~1050μm,置于60~80℃的鼓风干燥箱中干燥1~2h,随后转移至真空烘箱中,60~80℃干燥6~12h,得到电极片。
7.根据权利要求5所述制备电极片的用途,其特征在于:所述步骤S1电极材料:导电剂:粘结剂质量比为0.8-0.95:1:1。
8.根据权利要求5所述制备电池的用途,其特征在于:所述制备电池具体包括以下步骤:
S11.调浆:将电极材料、导电剂、氯化聚偏氟乙烯材料混合,搅拌均匀,制得电极浆料;
S12.涂覆:将制得的电极浆料均匀涂布在铝箔上,涂覆厚度50~150μm,置于60~80℃的鼓风干燥箱中干燥1~2h,随后转移至真空烘箱中,60~80℃干燥6~12h,得到电极片;
S13.电池组装:将步骤S12获得的电极片作为电池正极,锂片作为负极,进行电池组装,得到电池。
9.根据权利要求8所述制备电池的用途,其特征在于:所述步骤S11导电剂为乙炔黑、碳纤维、碳纳米管和石墨烯的一种或多种。
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