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粘结剂组合物、正极极片、二次电池及用电装置

文献发布时间:2024-04-18 19:58:30


粘结剂组合物、正极极片、二次电池及用电装置

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域,尤其涉及一种粘结剂组合物、制备方法、绝缘胶液、正极极片、二次电池及用电装置。

背景技术

近年来,二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统,以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着对二次电池的需求越来越高,对其安全性能有了更高的要求。

在正极极片边缘涂布绝缘胶膜有利于提高二次电池的安全性能。目前的绝缘胶膜涂布速度较慢,造成二次电池的生产成本增加。因此,现有的绝缘胶膜仍有待改进。

发明内容

本申请是鉴于上述课题而进行的,其目的在于,提供一种粘结剂组合物、绝缘胶液以及绝缘胶膜。包含本申请粘结剂组合物的绝缘胶膜可实现高速涂布的有益效果。

本申请的第一方面提供了一种粘结剂组合物,其特征在于,所述粘结剂组合物包含第一粘结剂和第二粘结剂,其中,

所述第一粘结剂包含衍生自式I所示单体的结构单元、衍生自式II所示单体的结构单元和衍生自式III所示单体的结构单元:

式I、/>

所述第二粘结剂包含衍生自式IV所示单体的结构单元、衍生自式V所示单体的结构单元和衍生自式VI所示单体的结构单元:

式IV、/>

其中,R

本申请的第二粘结剂具有较低的粘度以及快干的特性,有利于实现快速涂布,同时其还具有较高的粘结力,使得绝缘胶膜不易从正极极片脱落。但是,较低的粘度不利于绝缘材料的悬浮,可能导致绝缘胶膜绝缘性能下降。同时,第二粘结剂的内聚力较低,溶胀率较高,可能导致绝缘胶膜抗磨性能降低,易被磨损穿透,进而影响二次电池的安全性能。在此基础上,本申请引入了第一粘结剂。第一粘结剂具有较好的耐磨性能和较高的粘度,但是在涂布时不易烘干。二者混合可以使得本申请的绝缘胶液在具有易烘干性能的同时,兼顾适宜的粘度,即可以在实现快速涂布的同时满足对绝缘材料的悬浮需求。同时,第一粘结剂的羧基可以与第二粘结剂的羟基形成分子间氢键,进而形成三维交联结构,可进一步提高绝缘胶膜的抗磨性能。本申请实施例的粘结剂组合在节约制备生产成本的同时还可满足二次电池的安全性能。

在任意的实施方式中,所述R

含酯基的单体具有易于烘干的特性,有利于快速涂布。同时,丙烯酸酯单体可以增加柔韧性以及增强与基材的粘结力。

在任意的实施方式中,所述第一粘结剂与所述第二粘结剂的质量比为1:(2.5-20)。

在任意的实施方式中,所述第一粘结剂与所述第二粘结剂的质量比为1:(8-20)。

第一粘结剂和第二粘结剂具有适宜的配比,有助于粘结剂组合物中的羧基、酯基以及羟基保持适宜的配比,有助于在兼顾涂布速度的同时,保持较好的粘结力、溶胀率和抗磨性能。

在任意的实施方式中,所述第一粘结剂的粘度为5000cP-30000cP,所述第二粘结剂的粘度为10cP-3500cP。

在任意的实施方式中,所述第一粘结剂的粘度为10000cP-18000cP,所述第二粘结剂的粘度为1500cP-2800cP。

第一粘结剂与第二粘结剂具有适宜的粘度,有助于二者混合后具有适宜的粘度。适宜的粘度有利于快速涂布,且满足对绝缘材料的悬浮要求。

在任意的实施方式中,在所述第一粘结剂中,所述衍生自式I所示单体的结构单元、所述衍生自式II所示单体的结构单元和所述衍生自式III所示单体的结构单元的摩尔比为(5-30):(60-80):(5-20);在所述第二粘结剂中,所述衍生自式IV所示单体的结构单元、所述衍生自式V所示单体的结构单元、所述衍生自式VI所示单体的结构单元的摩尔比为(5-10):(70-85):(10-20)。

在任意的实施方式中,在所述第一粘结剂中,所述衍生自式I所示单体的结构单元、所述衍生自式II所示单体的结构单元、所述衍生自式III所示单体的结构单元的摩尔比为(5-15):(65-75):(15-20);在所述第二粘结剂中,所述衍生自式IV所示单体的结构单元、所述衍生自式V所示单体的结构单元、所述衍生自式VI所示单体的结构单元的摩尔比为(5-8):(78-82):(13-17)。

式I所示单体与VI所示单体具有适宜的占比,有助于提高抗磨性能和粘结力。式II所示单体具有适宜的占比,有助于提高抗磨性能。式III所示单具有适宜的占比,有助于提高第一粘结剂的均聚程度。式IV所示单体具有适宜的占比,有助于增加第二粘结剂在溶剂中的溶解性,同时提高其抗磨性能。式V所示单体具有适宜的占比,有助于提高柔韧性、易于烘干能力和粘结力。第一粘结剂和第二粘结剂中各单体基团具有适宜的占比,可以在提高涂布速度的同时平衡粘结性能。

本申请第二方面提供了一种制备本申请第一方面所述的粘结剂组合物的制备方法,所述制备方法包括:

所述第一粘结剂的制备方法:

(1)向容器中加入溶剂、式I、式II和式III所示单元,去除反应体系中的氧气,

(2)向所述容器中加入第一引发剂,进行第一聚合反应,加入第二引发剂,进行第二聚合反应,其中,所述第一引发剂包含过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的至少一种,所述第二引发剂为氧化还原型引发剂;

式I、/>

所述第二粘结剂的制备方法:

(1)向容器中加入溶于溶剂的第一反应型表面活性剂、式IV、式V和式VI所示单元、链转移剂,去除反应体系中的氧气形成预乳液;

(2)对第二反应型表面活性剂进行预处理,得到第二反应型表面活性剂溶液;

(3)在所述第二反应型表面活性剂溶液中加入所述预乳液和所述第一引发剂,进行第一聚合反应,得到第二粘结剂种子溶液;

(4)在所述第二粘结剂种子溶液中加入所述第一引发剂,进行第二聚合反应;

式IV、/>

其中,R

通过分段聚合可以制备得到本申请的第一粘结剂和第二粘结剂。在第一粘结剂的制备过程中,通过引入第二引发剂,并限定其为氧化还原型引发剂,有利于提高反应速率,使得聚合反应更加完全。在第二粘结剂的制备过程中,添加反应型表面活性剂以及对第二反应型表面活性剂进行预处理可以增加式V和式VI所示单体的溶解性,提高收率。

在任意的实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,所述第一聚合反应的温度为40℃-80℃,时间为3h-10h;所述第二聚合反应的温度为70℃-90℃,时间为1h-3h。

在任意的实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,所述第一聚合反应的温度为70℃-95℃,时间为0.5h-3h;所述第二聚合反应的温度为70℃-95℃,时间为1h-5h。

适宜的聚合温度和聚合时间有利于单体之间发生聚合反应以及提高聚合的效率。

在任意的实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,所述预处理的温度为70℃-95℃,时间为0.5h-3h。

适宜的预处理温度和时间有利于使得第二反应型表面活性剂预先形成稳定的胶束,为单体的聚合反应提供反应场所。

本申请的第三方面提供了一种绝缘胶液,所述绝缘胶液包含本申请第一方面所述的粘结剂组合物或由本申请第二方面所述的制备方法制得的粘结剂组合物。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶液还包含绝缘材料。

在任意的实施方式中,所述绝缘材料包括氧化铝、勃姆石中的至少一种。

在绝缘胶液中加入绝缘材料有利于提高绝缘胶液的绝缘性能。

在任意的实施方式中,所述粘结剂组合物和所述绝缘材料的质量比为(5-30):(60-85)。

粘结剂组合与绝缘材料具有适宜的配比可以满足绝缘胶液的绝缘性能,同时还满足快速涂布性能。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶液还包含分散剂。

在任意的实施方式中,所述分散剂包括聚丙烯酸类物质、酰胺、铵盐、多元醇、磷酸酯盐中的至少一种。

在任意的实施方式中,所述分散剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、氯化铵、乙二醇、聚氧乙烯醚磷酸酯中至少一种。

在绝缘胶液中加入分散剂有利于绝缘胶液中各组分的分散,提高绝缘胶液的均匀度。

在任意的实施方式中,所述分散剂与所述绝缘材料的质量比为0.4:(65-85)。

分散剂与绝缘材料具有适宜的配比有助于提高绝缘胶液的均匀性能。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶液的粘度为350cP-1200cP。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶液的粘度为400cP-700cP。

绝缘胶液具有适宜的粘度有助于绝缘胶液的快速涂布,同时有助于悬浮绝缘材料,提高绝缘胶液的绝缘性能。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶液的固含量为20%-40%。

适宜的绝缘胶液固含量有助于调节绝缘胶液的粘度,以更好地匹配快速涂布工艺,优化涂布效果。

本申请的第四方面提供了本申请的第三方面所述的绝缘胶液的制备方法,所述制备方法包括:

分别制备所述第一粘结剂、所述第二粘结剂;

将所述分散剂加入水中,得到分散液;

分别将所述绝缘材料、所述第一粘结剂、所述第二粘结剂加入所述分散液中,得到所述绝缘胶液。

本申请的绝缘胶液可以通过本申请的绝缘胶液的制备方法得到。采用绝缘材料、第一粘结剂、第二粘结剂分步分散的方式,有助于实现各组分的良好的分散。

本申请的第五方面提供了一种绝缘胶膜,所述绝缘胶膜包含本申请第一方面所述的粘结剂组合物,或所述绝缘胶膜由本申请第三方面所述的绝缘胶液干燥而成。

本申请的第六方面提供了一种正极极片,所述正极极片包含正极集流体和设置于所述正极集流体至少一个表面的正极膜层,所述正极集流体边缘被本申请第五方面所述的绝缘胶膜覆盖。

在集流体边缘涂布本申请的绝缘胶膜有助于降低二次电池的短路风险,提高二次电池的安全性能。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶膜的厚度为3μm-10μm。

在任意的实施方式中,所述绝缘胶膜的厚度为3μm-5μm。

在本申请的厚度范围内,绝缘胶膜的厚度较薄,有助于为极耳预留更多的空间,有利于解决极耳冗余问题,进而有利于降低短路的可能性,提高二次电池的安全性能。

本申请的第七方面提供了一种二次电池,所述二次电池包含负极极片、电解液和本申请第六方面所述的正极极片。

本申请的第八方面提供了一种用电装置,所述用电装置包括本申请第七方面所述的二次电池。

附图说明

图1是本申请一实施方式的二次电池的示意图;

图2是图1所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图;

图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图;

图4是本申请一实施方式的电池包的示意图;

图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图;

图6是本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。

附图标记说明:

1电池包;2上箱体;3下箱体;4电池模块;5二次电池;51壳体;52电极组件;53顶盖组件。

具体实施方式

以下,适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的粘结剂组合及其制备方法、绝缘胶液及其制备方法、绝缘胶膜、正极极片、二次电池以及用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如,有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长,便于本领域技术人员的理解。此外,附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的,并不旨在限定权利要求书所记载的主题。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定,给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的,选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的,并且可以进行任意地组合,即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如,如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围,理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外,如果列出的最小范围值1和2,和如果列出了最大范围值3,4和5,则下面的范围可全部预料到:1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中,除非有其他说明,数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示,其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数,“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外,当表述某个参数为≥2的整数,则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

如果没有特别的说明,本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明,本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明,本申请的所有步骤可以顺序进行,也可以随机进行,优选是顺序进行的。例如,所述方法包括步骤(a)和(b),表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b),也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如,所述提到所述方法还可包括步骤(c),表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法,例如,所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c),也可包括步骤(a)、(c)和(b),也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。

如果没有特别的说明,本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式,也可以是封闭式。例如,所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分,也可以仅包括或包含列出的组分。

如果没有特别的说明,在本申请中,术语“或”是包括性的。举例来说,短语“A或B”表示“A,B,或A和B两者”。更具体地,以下任一条件均满足条件“A或B”:A为真(或存在)并且B为假(或不存在);A为假(或不存在)而B为真(或存在);或A和B都为真(或存在)。

随着二次电池的广泛应用,对其安全性能有了更高的要求。电芯压差过大、电池短路等会带来安全隐患。在电池制备过程中,激光切割产生的金属颗粒溅射在正极极片边缘的留白位置,可能造成异物击穿留白对应的隔膜,从而导致电芯压差或短路问题。在正极极片边缘涂布绝缘胶膜有助于缓解上述问题,提高二次电池的安全性能。绝缘胶膜的涂布速度过慢会造成生产成本升高。为了实现绝缘胶膜的快速涂布,本申请提出了一种粘结剂组合物,其包含第一粘结剂和第二粘结剂。通过第一粘结剂和第二粘结剂的组合使用,有助于快速涂布,同时本申请实施例的粘结剂组合还具备较好的粘结性能,例如具有较好的粘结力,适宜的粘度且可维持一定的稳定性、适宜的溶胀率和良好的抗磨性。

[粘结剂组合物]

本申请的提供了一种粘结剂组合物,该粘结剂组合物包含第一粘结剂和第二粘结剂,其中,

第一粘结剂包含衍生自式I所示单体的结构单元、衍生自式II所示单体的结构单元和衍生自式III所示单体的结构单元:

式I、/>

第二粘结剂包含衍生自式IV所示单体的结构单元、衍生自式V所示单体的结构单元和衍生自式VI所示单体的结构单元:

式IV、/>

其中,R

在本文中,术语“粘结剂”是指在分散介质中形成胶体溶液或胶体分散液的化学化合物、聚合物或混合物。

在本文中,术语“聚合物”一方面包括通过聚合反应制备的化学上均一的、但在聚合度、摩尔质量和链长方面不同的大分子的集合体。该术语另一方面也包括由聚合反应形成的这样的大分子集合体的衍生物,即可以通过上述大分子中的官能团的反应,例如加成或取代获得的并且可以是化学上均一的或化学上不均一的产物。

在本文中,术语“取代”是指特定的基团或部分带有一个或多个合适的取代基,其中取代基可以在一个或多个位置处与特定的基团或部分连接。例如,被酯基取代的烷基可以指示酯基通过键与烷基的一个原子连接。

在本文中,术语“未取代的”是指指定基团不带有取代基。

在本文中,术语“C1-C20烷基”是指仅由碳和氢原子组成的直链或支链烃链基团,该基团没有不饱和度,具有一至二十个碳原子,并且通过单键连接到分子的其余部分,“C1-C6烷基”具有类似的定义。C1-C20烷基的实施例包括但不限于:甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基(异丙基)、正丁基、正戊基或1,1-二甲基乙基(叔丁基)。

在本文中,术语“C1-C6亚烷基”是指二价烷基,该基团没有不饱和度,具有一至六个碳原子。可以通过从所述C1-C6烷基中提取第二氢原子而成为C1-C6亚烷基。C1-C6的亚烷基包括但不限于-CH

在本文中,术语“酯基”是指-C(O)O-。

在本文中,术语“C1-C6亚烷基酯基”是指酯基与C1-C6亚烷基一端的半键键合而成的基团。C1-C6亚烷基酯基包括但不限于-C(O)OCH

在本文中,“快速涂布”或“高速涂布”是指涂布速度大于等于50m/min。在一些实施方式中,快速涂布可以指涂布速度大于等于60m/min,大于等于70m/min,大于等于80m/min,大于等于90m/min或大于等于100m/min。

在一些实施方中,R

在一些实施方式中,R

在一些实施方式中,R

在一些实施方式中,R

在一些实施方式中,R

本申请实施例的第二粘结剂具有较低的粘度以及快干的特性,有利于实现绝缘胶液的快速涂布,同时其还具有较高的粘结力,使得绝缘胶膜不易从正极极片脱落。但是,较低的粘度不利于绝缘材料的悬浮,可能导致绝缘胶膜绝缘性能下降。同时,第二粘结剂的内聚力较低,溶胀率较高,可能导致绝缘胶膜抗磨性能降低,易被磨损穿透,进而影响二次电池的安全性能。在此基础上,本申请引入第一粘结剂。第一粘结剂具有较好的耐磨性能和较高的粘度,但是在涂布时不易烘干。二者混合可以使得本申请实施例的绝缘胶液在具有易烘干性能的同时,兼顾适宜的粘度,即可以在实现快速涂布的同时满足对绝缘材料的悬浮需求。同时,第一粘结剂的羧基可以与第二粘结剂的羟基形成氢键,进而形成三维交联结构,可提高绝缘胶膜的抗磨性能和粘结力。本申请实施例的粘结剂组合在节约制备成本的同时满足了二次电池的安全性能。

在一些实施方式中,R

含酯基的单体具有易于烘干的特性,有利于快速涂布。同时聚丙烯酸酯单体可以增强与基材,尤其是含油基材,例如铝箔,的粘结力以及增强柔韧性。

在一些实施方式中,第一粘结剂与第二粘结剂的质量比为1:(2.5-20)。

在一些实施方式中,第一粘结剂与第二粘结剂的质量比为1:(8-20)。

在一些实施方式中,第一粘结剂与第二粘结剂的质量比可选为1:2.5、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20,或是上述任意两点组成的范围中的数值。

第一粘结剂的粘度较低,易于烘干,有利于快速涂布,但是抗磨性能不佳以及易于溶胀。第二粘结剂的粘度较高,不易烘干,不利于快速涂布,但抗磨性能较好,不易溶胀。第一粘结剂和第二粘结剂具有适宜的配比,有助于粘结剂组合中各基团保持适宜的配比,有利于快速涂布,且满足对绝缘材料的悬浮要求。在兼顾涂布速度的同时,还有助于保持较好的粘结力、溶胀率和抗磨性能。

在一些实施方式中,第一粘结剂的粘度为5000cP-30000cP。

在一些实施方式中,第一粘结剂的粘度为10000cP-18000cP。

在一些实施方式中,第一粘结剂的粘度可以为5000cP、6000cP、7000cP、8000cP、9000cP、10000cP、11000cP、11500cP、12000cP、12500cP、13000cP、14000cP、15000cP、16000cP、17000cP、18000cP、19000cP、20000cP、22000cP、24000cP、26000cP、28000cP、30000cP,或上述任意两个第一粘结剂的粘度组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,第二粘结剂的粘度为10cP-3500cP。

在一些实施方式中,第二粘结剂的粘度为1500cP-2800cP。

在一些实施方式中,第二粘结剂的粘度可以为10cP、100cP、200cP、400cP、600cP、800cP、1000cP、1200cP、1400cP、1600cP、1800cP、1900cP、2000cP、2100cP、2200cP、2300cP、2400cP、2500cP、2600cP、2700cP、2800cP、2900cP、3000cP、3300cP、3500cP,或上述任意两个第二粘结剂的粘度组成的范围中的数值。

粘度可以通过本领域已知的方法和设备进行测量。作为示例,可以采用旋转粘度计测试粘度。在一些实施方式中,用烧杯取适量样品,将旋转粘度计转子置于样品中,设置转速为12rpm,在25℃下持续6min,读取对应的粘度。

第一粘结剂与第二粘结剂具有适宜的粘度,有助于二者混合后具有适宜的粘度。适宜的粘度有利于快速涂布,且满足对绝缘材料的悬浮要求。

在一些实施方式中,在第一粘结剂中,衍生自式I所示单体的结构单元、衍生自式II所示单体的结构单元和衍生自式III所示单体的结构单元的摩尔比为(5-30):(60-80):(5-20);在第二粘结剂中,衍生自式IV所示单体的结构单元、衍生自式V所示单体的结构单元、衍生自式VI所示单体的结构单元的摩尔比为(5-10):(70-85):(10-20)。

在一些实施方式中,在第一粘结剂中,衍生自式I所示单体的结构单元、衍生自式II所示单体的结构单元、衍生自式III所示单体的结构单元的摩尔比为(5-15):(65-75):(15-20);在第二粘结剂中,衍生自式IV所示单体的结构单元、衍生自式V所示单体的结构单元、衍生自式VI所示单体的结构单元的摩尔比为(5-8):(78-82):(13-17)。

在一些实施方式中,衍生自式I所示单体的结构单元、衍生自式II所示单体的结构单元、衍生自式III所示单体的结构单元的摩尔比可以5:80:15、8:70:22、10:80:10、13:77:10、15:65:20、20:65:15、20:60:20、25:70:5或30:62:8。

在一些实施方式中,在第二粘结剂中,衍生自式IV所示单体的结构单元、衍生自式V所示单体的结构单元、衍生自式VI所示单体的结构单元的摩尔比可以为5:70:20、5:75:20、5:80:20、5:82:20、8:70:15、8:75:20、8:80:20、8:82:20、10:80:10、10:75:20、10:80:20、10:82:20。

在本文中,术语“羧基”是指-C(O)OH。

在本文中,术语“羟基”是指-OH。

式I所示单体中的羧基与VI所示单体中的羟基可以形成分子间氢键,从而形成三维交联结构,有助于提高抗磨性能和粘结力。羧基也可形成分子内氢键,过量的分子内氢键容易使得粘度不稳定且升高,不利于快速涂布和保持粘结剂的均匀性。同时羧基含量过高,不利于绝缘胶液的快速烘干。式I所示单体与VI所示单体具有适宜的占比,有助于快速涂布、提高抗磨性能、粘结力以及维持粘度的稳定。式II所示单体丙烯腈为硬单体,可以为粘结剂提供强度。式II所示单体具有适宜的占比,有助于提高抗磨性能。式III所示单体丙烯酰胺具有适宜的占比,有助于提高第一粘结剂的均聚程度。式IV所示单体丙烯酸具有适宜的占比,有助于增加第二粘结剂在溶剂中的溶解性,同时丙烯酸为硬单体,有利于提高第二粘结剂的强度,提高其抗磨性能。式V所示单体丙烯酸酯含量过低,不利于粘结剂组合物的烘干,从而不利于提高涂布速度,式V所示单体丙烯酸酯含量过高,会造成羧基的含量下降,从而降低绝缘胶膜的抗磨性能,丙烯酸酯具有适宜的占比,有助于提高柔韧性、快干能力和粘结力。第一粘结剂和第二粘结剂中各单体基团具有适宜的占比,可以在提高涂布速度的同时平衡粘结性能。

本申提供了一种制备本申请的粘结剂组合物的制备方法,该制备方法包括:

第一粘结剂的制备方法:

(1)向容器中加入溶剂、式I、式II和式III所示单元,去除反应体系中的氧气,

(2)向容器中加入第一引发剂,进行第一聚合反应,加入第二引发剂,进行第二聚合反应,其中,第一引发剂包含过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的至少一种,第二引发剂为氧化还原型引发剂;

式I、/>

第二粘结剂的制备方法:

(1)向容器中加入溶于溶剂的第一反应型表面活性剂、式IV、式V和式VI所示单元、链转移剂,去除反应体系中的氧气形成预乳液;

(2)对第二反应型表面活性剂进行预处理,得到第二反应型表面活性剂溶液;

(3)在第二反应型表面活性剂溶液中加入预乳液和第一引发剂,进行第一聚合反应,得到第二粘结剂种子溶液;

(4)在第二粘结剂种子溶液中加入第一引发剂,进行第二聚合反应;

式IV、/>

其中,R

在本文中,术语“氧化还原型引发剂”是指通过氧化还原反应产生自由基用于引发自由基聚合的引发剂。

在本文中,术语“反应型表面活性剂”是指带有反应基团的表面活性剂,其不仅具有表面活性,而且能够与所吸附的基体发生化学反应,键合到基体表面成为基体的一部分。

在本文中,术语“链转移剂”是指能够使链增长自由基,发送自由基转移的物质。

在一些实施方式中,氧化还原型引发剂包含过硫酸铵/亚硫酸钠、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过氧化氢/亚铁离子中的至少一种。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,所述溶剂包含水。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,在第二聚合反应结束后还包括抽真空、碱中和、过滤和/或除磁步骤。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,所述溶剂包含水。

在一些实施方式中,第一反应型表面活性剂和第二反应型表面活性剂各自独立地包含含双键的醇醚磷酸酯、甲基丙烯酰胺异丙基磺酸钠盐、含双键的烷基醇醚硫酸盐、烯丙基聚醚磷酸酯或含双键的双烷基磺基琥珀酸酯盐中的至少一种。在一些实施方式中,第一反应型表面活性剂和第二反应型表面活性剂为含双键的双烷基磺基琥珀酸酯盐M-30S。

在一些实施方式中,链转移剂包含脂肪族硫醇。

在本文中,术语“硫醇”是指以硫原子取代氢氧基中的氧原子,而具有巯基(-SH)的化合物。硫醇包括脂肪族硫醇和芳香族硫醇。

在一些实施方式中,链转移剂包括正十烷基硫醇、正十二烷基硫醇、正十四烷基硫醇中的至少一种。在一些实施方式中,链转移剂为正十二烷基硫醇。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,在反应型表面活性剂中滴加预乳液和第一引发剂,2h-4h滴加完毕,例如,可以在2h、2.5h、3h、3.5h或4h内滴加完毕。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,在第二粘结剂种子溶液中滴加第一引发剂,1.5h-3h滴加完毕,例如,可以在1.5h、2h、2.5h或3h内滴加完毕。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,第二聚合反应可选地包括三阶段反应,在第一阶段反应中,反应温度为70℃-95℃,反应时间为1h-5h;可选地,在第二阶段反应中,反应温度为50℃-70℃,反应时间为0.5h-3h,具体地,反应温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃或70℃,反应时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h;可选地,在第三阶段反应中,减压抽气,在室温下反应0.5h-3h,具体地,反应时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h。

在本文中,术语“室温”是指室内温度,例如,23℃±2℃、25℃±5℃或20℃±5℃。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,在第二聚合反应结束后还包括过滤步骤。

通过分段聚合可以制备得到本申请实施例的第一粘结剂和第二粘结剂。在第一粘结剂的制备过程中,通过引入第二引发剂,并限定其为氧化还原型引发剂,有利于提高反应速率,使得聚合反应更加完全。在第二粘结剂的制备过程中,添加反应型表面活性剂以及对第二反应型表面活性剂进行预处理可以增加式V和式VI所示单体的溶解性,提高收率。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的温度为40℃-80℃,时间为3h-10h;第二聚合反应的温度为70℃-90℃,时间为1h-3h。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的时间为3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,第二聚合反应的温度为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第一粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的时间为1h、1.5h、2h、2.5h、3h,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的温度为70℃-95℃,时间为0.5h-3h;第二聚合反应的温度为70℃-95℃,时间为1h-5h。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的温度为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,第一聚合反应的时间为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,第二聚合反应的温度为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,第二聚合反应的时间为1h、2h、3h、4h、5h,或上述任意两点组成的范围中的数值。

适宜的聚合温度和聚合时间有利于单体之间发生聚合反应以及提高聚合的效率。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,预处理温度为70℃-95℃,时间为0.5h-3h。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,预处理温度为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,在第二粘结剂的制备方法中,预处理时间为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h,或上述任意两点组成的范围中的数值。

适宜的预处理温度和时间有利于使得第二反应型表面活性剂预先形成稳定的胶束,为单体的聚合反应提供反应场所。

本申请的还提供了一种绝缘胶液,绝缘胶液包含本申请的粘结剂组合物或由本申请的制备方法制得的粘结剂组合物。

在一些实施方式中,绝缘胶液还包含绝缘材料。

在一些实施方式中,绝缘材料包括氧化铝、勃姆石中的至少一种。

在绝缘胶液中加入绝缘材料有利于提高绝缘胶液的绝缘性能。

在一些实施方式中,粘结剂组合物和绝缘材料的质量比为(5-50):(60-85)。

在一些实施方式中,粘结剂组合物和绝缘材料的质量比可以为5:85、10:70、10:75、10:80、15:70、15:75、15:80、20:70、20:75、20:80、25:70、25:75、25:80或30:60。

粘结剂组合与绝缘材料具有适宜的配比可以满足绝缘胶液的绝缘性能,同时还满足快速涂布性能。

在一些实施方式中,绝缘胶液还包含分散剂。

在一些实施方式中,分散剂包括聚丙烯酸类物质、酰胺、铵盐、多元醇、磷酸酯盐中的至少一种。

在本文中,术语“聚丙烯酸类物质”是指化学式为[CH

在本文中,术语“酰胺”是指羧酸中的羟基被氨基或胺基取代的化合物。酰胺包括但不限于己烯基双硬脂酸酰胺、聚丙烯酰胺。

在本文中,术语“铵盐”是指由铵根离子和酸根离子构成的化合物。铵盐包括但不限于氯化铵。

在本文中,术语“多元醇”是指含有两个或两个以上羟基的醇类物质。多元醇包括但不限于乙二醇、丙二醇、丁二醇。

在一些实施方式中,分散剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、氯化铵、乙二醇、聚氧乙烯醚磷酸酯中的至少一种。

在绝缘胶液中加入分散剂有利于绝缘胶液中各组分的分散,提高绝缘胶液的均匀度。

在一些实施方式中,分散剂与绝缘材料的质量比为0.4:(65-85)。

在一些实施方式中,分散剂于绝缘材料的质量比可以为0.4:65、0.4:70、0.4:72、0.4:74、0.4:76、0.4:78、0.4:80或0.4:85。

分散剂与绝缘材料具有适宜的配比有助于提高绝缘胶液的均匀性能。

在一些实施方式中,绝缘胶液的粘度为350cP-1200cP。

在一些实施方式中,绝缘胶液的粘度为400cP-700cP。在一些实施方式中,绝缘胶液的粘度可以为350cP、400cP、420cP、450cP、480cP、500cP、520cP、550cP、580cP、600cP、620cP、650cP、680cP、700cP、750cP、800cP、850cP、900cP、950cP、1000cP、1100cP、1200cP,或上述任意两点组成的范围中的数值。

绝缘胶液具有适宜的粘度有助于绝缘胶液的快速涂布,同时有助于悬浮绝缘材料,提高绝缘胶液的绝缘性能。

在一些实施方式中,绝缘胶液的固含量为20%-40%。

在一些实施方式中,绝缘胶液的固含量为20%、22%、25%、28%、30%、32%、35%、38%、40%,或上述任意两点组成的范围中的数值。

适宜的绝缘胶液固含量有助于调节绝缘胶液的粘度,以更好匹配快速涂布工艺,优化涂布效果。

本申请提供了本申请绝缘胶液的制备方法,该制备方法包括:

分别制备第一粘结剂、第二粘结剂;

将分散剂加入水中,得到分散液;

分别将绝缘材料、第一粘结剂、第二粘结剂加入分散液中,得到绝缘胶液。

在一些实施方式中,将分散剂加入水中,分散搅拌,得到分散液。在一些实施方式中,搅拌时间为5-30min,搅拌转速为100-500rpm。在一些实施方式中,搅拌时间为5min、10min、15min、20min、25min、30min,或上述任意两点组成的范围中的数值。在一些实施方式中,搅拌转速为100rpm、200rpm、300rpm、400rpm、500rpm,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,将绝缘材料加入分散液中,分散搅拌,得到分散液1。在一些实施方式中,搅拌时间为0.5-3h,搅拌转速为1000-3000rpm。在一些实施方式中,搅拌时间为0.5h、1h、2h、3h,或上述任意两点组成的范围中的数值。在一些实施方式中,搅拌转速为1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm、3000rpm,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,将第一粘结剂加入分散液1中,分散搅拌,得到分散液2。在一些实施方式中,搅拌时间为0.5-3h,搅拌转速为1000-3000rpm。在一些实施方式中,搅拌时间为0.5h、1h、2h、3h,或上述任意两点组成的范围中的数值。在一些实施方式中,搅拌转速为1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm、3000rpm,或上述任意两点组成的范围中的数值。

在一些实施方式中,将第二粘结剂加入分散液2中,分散搅拌,得到绝缘胶液。在一些实施方式中,搅拌时间为5-100min,搅拌转速为300-1000rpm。在一些实施方式中,搅拌时间为5min、10min、15min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min,或上述任意两点组成的范围中的数值。在一些实施方式中,搅拌转速为300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm、1000rpm,或上述任意两点组成的范围中的数值。

本申请的绝缘胶液可以通过本申请的绝缘胶液的制备方法得到。采用绝缘材料、第一粘结剂、第二粘结剂分步分散的方式,可以实现各组分良好的分散。适宜的搅拌时间和搅拌转速有助于分散液和绝缘胶液中各组分的充分混合、提高了分散均匀度。

本申请提供了一种绝缘胶膜,绝缘胶膜包含本申请的粘结剂组合物,或绝缘胶膜由本申请的绝缘胶液干燥而成。

本申请实施例的绝缘胶膜可以实现快速涂布,同时还可以降低二次电池短路的可能性。本申请实施例的绝缘胶膜中的聚丙烯酸单元、聚丙烯酸酯单元以及聚丙烯腈单元具有耐高温不易分解的性能,可以有效抵御激光切割时的金属颗粒飞溅。且,激光在绝缘胶膜上进行切割,不易产生金属熔珠颗粒,进一步改善了金属颗粒飞溅问题。同时,本申请实施例的绝缘胶膜具有较好的抗磨性能,可以有效隔离电芯入壳时极耳弯折导致的极耳根部与极片边缘的摩擦,有助于解决短路问题。

[正极极片]

本申请提供了一种正极极片,正极极片包含正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层,正极集流体边缘被本申请的绝缘胶膜覆盖。

在一些实施方式中,采用微凹版涂布技术将本申请实施例的绝缘胶液涂布至正极集流体边缘。采用微凹版涂布技术有助于控制得到的绝缘胶膜的厚度。

在一些实施方式中,绝缘胶膜的厚度为3μm-10μm。

在一些实施方式中,绝缘胶膜的厚度为3μm-5μm。在一些实施方式中,绝缘胶膜的厚度为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm,或上述任意两个点组成的范围中的数值。

在本申请实施例的厚度范围内,绝缘胶膜的厚度较薄,有助于为极耳预留更多的空间,有利于解决极耳冗余问题,进而有利于降低短路的可能性,提高二次电池的安全性能。

在一些实施方式中,作为示例,正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面,正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。

在一些实施方式中,所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。

在一些实施方式中,正极活性材料可采用本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例,正极活性材料可包括以下材料中的至少一种:橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。其中,锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物(如LiCoO

在一些实施方式中,正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例,所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。

在一些实施方式中,正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例,所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。

在一些实施方式中,可以通过以下方式制备正极极片:将上述用于制备正极极片的组分,例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)中,形成正极浆料;将正极浆料涂覆在正极集流体上,同时在正极集流体边缘包覆本申请的绝缘胶膜,经烘干、冷压等工序后,即可得到正极极片。

[负极极片]

负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层。负极膜层包括负极活性材料。

作为示例,负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面,负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。

在一些实施方式中,所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如,作为金属箔片,可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。

在一些实施方式中,负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极材料。作为示例,负极活性材料可包括以下材料中的至少一种:人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。所述硅基材料可选自单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但本申请并不限定于这些材料,还可以使用其他可被用作电池负极材料的传统材料。这些负极材料可以仅单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。

在一些实施方式中,负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。

在一些实施方式中,负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。

在一些实施方式中,负极膜层还可选地包括其他助剂,例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。

在一些实施方式中,可以通过以下方式制备负极极片:将上述用于制备负极膜层的组分,例如负极材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂(例如去离子水)中,形成负极浆料;将负极浆料涂覆在负极集流体上,经烘干、冷压等工序后,即可得到负极极片。

[电解质]

电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制,可根据需求进行选择。例如,电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。

在一些实施方式中,所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。

在一些实施方式中,电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。

在一些实施方式中,溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。

在一些实施方式中,所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂,还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂,例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。

[隔离膜]

在一些实施方式中,二次电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制,可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。

在一些实施方式中,隔离膜的材质可选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺,聚酰胺、聚酯和天然纤维中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜,也可以是多层复合薄膜,没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时,各层的材料可以相同或不同,没有特别限制。

在一些实施方式中,正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。

[二次电池]

本申请提供了一种二次电池,该二次电池包含负极极片、电解液和本申请的正极极片。

在一些实施方式中,二次电池可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。

在一些实施方式中,二次电池的外包装可以是硬壳,例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包,例如袋式软包。软包的材质可以是塑料,作为塑料,可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。

本申请对二次电池的形状没有特别的限制,其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如,图1是作为一个示例的方形结构的二次电池5,图2是二次电池5的分解图。

在一些实施方式中,参照图2,外包装可包括壳体51和盖板53。其中,壳体51可包括底板和连接于底板上的侧板,底板和侧板围合形成容纳腔。壳体51具有与容纳腔连通的开口,盖板53能够盖设于开口,以封闭容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件52。电极组件52封装于容纳腔内。非牛顿流体电解质组合物浸润于电极组件52中。二次电池5所含电极组件52的数量可以为一个或多个,本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。

[用电装置]

本申请的提供了一种用电装置,包括本申请的二次电池。

在一些实施方式中,用电装置包括任意实施方式的二次电池、任意实施方式的电池模块或任意实施方式的电池包中的至少一种。

二次电池、电池模块、或电池包可以用作用电装置的电源,也可以用作用电装置的能量存储单元。用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等,但不限于此。

作为用电装置,可以根据其使用需求来选择二次电池、电池模块或电池包。

图6是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对二次电池的高功率和高能量密度的需求,可以采用电池包或电池模块。

作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化,可以采用二次电池作为电源。

实施例

以下,说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。

一、制备方法

实施例1

(1)第一粘结剂的制备

在室温下向反应釜中加入300g去离子水,然后按顺序加入丙烯酸24.57g、丙烯腈63.32g和丙烯酰胺12.11g,搅拌分散,搅拌速度为200rpm,通入氮气(流速为2L/h),通入氮气的时间为1h。

第一聚合反应:升温至50℃,温度稳定后投入引发剂过硫酸钾0.001mol,反应时间为7h;

第二聚合反应:将温度调整至80℃,加入氧化还原型引发剂过硫酸铵0.001mol和亚硫酸氢钠0.001mol,反应时间为2h;

后处理:第二聚合反应结束后,抽真空1h,至绝对真空度为10Kpa。加入一水合氢氧化锂进行碱中和,至pH值为7.5。加去离子水稀释,得到淡黄色胶液,将胶液过150目筛,使用超强磁棒除磁器进行除磁,得到第一粘结剂,其固含量为6%。

(2)第二粘结剂的制备

预乳液的制备:在20℃条件下,将4.2g含双键的双烷基磺基琥珀酸酯盐M-30S(固含量50Wt%)溶于58g去离子水中,然后依次加入丙烯酸2.84g、丙烯酸正丁酯39.47g和丙烯酸羟丙酯7.70g,链转移剂正十二基硫醇0.048g,转速为300rpm,混合30min,期间通入氮气进行除氧保护,通入氮气的流量为100ml/min,形成预乳液。将预乳液以2℃/min的升温速度升温至85℃,保温30min。

反应型表面活性剂溶液的制备:将2.8g含双键的双烷基磺基琥珀酸酯盐M-30S溶于51.3g去离子水中。将该混合溶液加入到反应釜中,反应釜中以100ml/min的流速通入氮气。设置反应釜的转速为300rpm,以2℃/min的升温速度将反应温度升温至86℃,保温30min,得到反应型表面活性剂溶液。

第一聚合反应:在去离子水中加入3g过硫酸铵,配制成浓度为2.5Wt%的过硫酸铵溶液。将保温后的预乳液和过硫酸铵溶液同时连续滴入上述反应釜中,150min滴加完毕,滴加结束后保温0.5h,得到第二粘结剂种子溶液。

第二聚合反应:在去离子水中加入1.0g过硫酸铵,配制成浓度为5Wt%的过硫酸铵溶液。将过硫酸铵溶液滴入到第二粘结剂种子溶液中,120min滴加完毕,滴加结束后保温2h。保温结束后,以2℃/min的速度降温至65℃,在该温度下保温30min。保温结束后,自然降温至室温,减压抽气,使得反应釜中的真空度低于0.09mpa,在该条件下保持30min,然后放气至大气压。

后处理:将得到的胶液过300目滤布,得到固含量为50%胶液。调节胶液的pH至7-8,得到第二粘结剂,其固含量50%。

(3)绝缘胶液

将0.8g分散剂聚丙烯酸钠加入去离子水中,以300rpm的转速分散搅拌15min,得到第一分散液;

将150g绝缘材料勃姆石加入上述第一分散液中,以1500rpm的转速分散搅拌75min,得到第二分散液;

将60.33g第一粘结剂(固含量为6%)加入第二分散液中,以1500rpm的转速分散搅拌60min,得到第三分散液;

将72.4g第二粘结剂(固含量为50%)加入第三分散液中,以500rpm的转速分散搅拌60min,得到所述绝缘胶液,所述胶液的固含量为30%。

(4)绝缘胶膜

将上述绝缘胶液置于微凹版涂布设备的胶槽中,采用80m/min的涂布速度开展实验(速比0.8),将绝缘胶液涂布于铝箔边缘留白处,传送设备经过120℃的烘箱,得到绝缘胶膜。

实施例2-5与实施例1的区别在于,制备第一粘结剂的单体的摩尔比不同,具体如表1所示。

实施例6-9与实施例1的区别在于,制备第二粘结剂的单体的摩尔比不同,具体如表1所示。

实施例10-13与实施例1的区别在于,第一粘结剂与第二粘结剂的质量比与实施例1不同,两者的总量与实施例1相同,具体参数如表1所示。

实施例14-15与实施例1的区别在于,制备第二粘结剂的单体的种类不同,具体如表1所示。

实施例16-19与实施例1的区别在于,制备绝缘胶液时绝缘材料的添加量不同,其具体参数如表1所示。

实施例20与实施例1的区别在于,绝缘材料的种类不同,具体如表1所示。

实施例21-24与实施例1的区别在于,分散剂的用量不同,具体如表1所示。

实施例25与实施例1的区别在于,分散剂的种类不同,具体如表1所示。

对比例1与实施例1的区别在于,不含第二粘结剂,其第一粘结剂的质量与实施例1中第一粘结剂和第二粘结剂的总量相同。

对比例2与实施例1的区别在于,不含第一粘结剂,其第二粘结剂的质量与实施例1中第一粘结剂和第二粘结剂的总量相同。

上述实施例1-25、对比例1-2的相关参数如表1所示。

二、性能测试

(1)第一粘结剂、第二粘结剂以及绝缘胶液的粘度

用旋转粘度计(天弘数显式转子布氏粘度计 TH-NDJ5S)测试样品的粘度(25℃,转速12rpm,持续6min),结果记录在表2中。

(2)绝缘胶液的粘度反弹

用旋转粘度计(25℃,转速12rpm,持续6min)测试绝缘胶液制备完成时的粘度V

(3)粘结力

用万能材料试验机(INSTRON 5969)测试绝缘胶膜在铝箔上的180°剥离强度,测试条件:拉伸速率50mm/min,预拉伸长度5mm,将结果记录在表2中。

(4)最高涂布速度

将绝缘胶液置于微凹版涂布设备的胶槽中,以一定速度(例如50m/min)将绝缘胶液涂布至铝箔上,传送带经过120℃的烘箱,观察绝缘胶液的烘干情况。若烘干情况良好,则提高涂布速度,如此循环,直至测设得到最高涂布速度,将结果记在表2中。当烘干情况不佳时,会出现绝缘胶液粘锟导致涂布设备出现停机问题。

(5)溶胀率

取绝缘胶液浇筑于表面皿中,放于80℃烘箱中烘3天,完全烘干后取出干燥的绝缘胶液片(厚度1-2cm),称量绝缘胶液片的重量为X

(6)内聚力

将绝缘胶液涂覆于涂炭铜箔的涂炭层,经过烘干,得到样品片,样品片的一面为铜箔面,另一面为绝缘胶液形成的胶层面。将样品片裁切为尺寸大小为宽2cm,长为6cm长的样条。将该样条的铜箔面用3M-55230H双面胶粘结于硬基底(钢板)表面(注意粘贴过程中无气泡)。将固定好的样条的胶层面粘结3M-55230H双面胶,并在双面胶表面覆盖与双面胶相同尺寸的铜箔(注意粘贴过程无气泡),两次所用双面胶尺寸相同,得到测试样品;

将测试样品第一端的铜箔与双面胶整体向其180°方向手动剥离一段距离,使其向后超出整个测试样品的第一端对向(即第二端)1cm。拉力测试机一端夹具固定第一端(硬基底、涂炭铜箔、胶层),另一端夹具固定第二端,设置拉力试验机拉伸速度为50mm/min,测试拉伸长度为100mm进行测试。测试中所获取的剥离力数据即为涂层材料的内聚力,将结果记录在表2中。

三、各实施例、对比例测试结果分析

按照上述方法分别制备各实施例和对比例,并测量各项性能参数,结果见表2。

表1

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表2

根据上表结果,由实施例1-25与对比例1-2对比可知,第一粘结剂与第二粘结剂的组合能够有效的提高涂布速度,同时具有较好的粘结力,减小绝缘胶膜从集流体边缘脱落的情况;具有较好的内聚力,从而使得绝缘胶膜具有较好的抗磨性能,提高二次电池的安全性;具有适宜的溶胀率和较低的粘度反弹性能。

由实施例1-5可知,在第一粘结剂中,控制式I所示单体、控制式II所示单体和式III所示单体的摩尔比为(5-30):(60-80):(5-20),有助于进一步提高涂布速度和粘结力,控制绝缘胶液的粘度在适宜范围内。

由实施例1,6-9可知,在第二粘结剂中,控制式IV所示单体、控制式V所示单体和式VI所示单体的摩尔比为(5-10):(70-85):(10-20),有助于进一步提高涂布速度和粘结力,同时具有适宜的溶胀率。

由实施例1、10-13可知,当第一粘结剂与第二粘结剂的质量比为1:(2.5-20)时,有利于进一步提高绝缘胶液涂布速度,同时提高其粘结力和内聚力,保持适宜的溶胀率和较低的粘度反弹性能。

由实施例1、14-15可知,第二粘结剂式V所示单元的R

由实施例1、20以及25可知,本申请的绝缘胶液适配不同类型的分散剂和绝缘材料。

需要说明的是,本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例,在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外,在不脱离本申请主旨的范围内,对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。

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06120116504930