【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池領域，特別是涉及一種基于聚酰亞胺(pi)的新型粘接劑，具體為一種鋰電池專用含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、鋰離子電池因其高能量密度、長循環壽命和高功率密度，成為了電動汽車、便攜式電子設備和儲能系統的主要電源選擇。然而，隨著這些應用領域對電池性能要求的不斷提高，當前鋰離子電池的能量密度已接近其理論極限。為了進一步提升電池的能量密度和性能，研究人員不斷探索新型高容量電極材料。
2、目前，商業化鋰離子電池的負極材料主要是石墨。石墨具有良好的導電性和穩定的循環性能，但其理論比容量僅為372mah/g，難以滿足未來高能量密度電池的需求。相比之下，硅(si)作為負極材料具有極高的理論比容量(約4200mah/g)，是石墨的十倍以上。此外，硅的儲量豐富且成本低廉，因此被認為是下一代高能量密度鋰離子電池的理想負極材料。
3、盡管硅負極具有顯著的優點，但在實際應用中仍面臨一系列挑戰。主要問題在于硅在鋰離子嵌入和脫嵌過程中會發生高達300％以上的體積膨脹和收縮。這種顯著的體積變化會導致硅顆粒破碎、電極結構損壞和與集流體的粘接失效，進而引發容量快速衰減和循環壽命縮短。此外，硅表面還容易形成不穩定的固態電解質界面(sei)膜，進一步降低電池性能。
4、為了解決上述問題，研究人員提出了多種策略，如納米結構設計、復合材料制備、以及高性能粘接劑的開發等。其中，粘接劑在電極結構中起著至關重要的作用，不僅用于粘接活性材料和導電劑，還能提供一定的機械支持和緩沖，以應對電極材料在
5、傳統的鋰離子電池粘接劑如聚偏氟乙烯(pvdf)，雖然具有優良的化學穩定性和電化學穩定性，但pvdf粘接劑材料的力學性能不足，并且與負極的粘接性較差，電極材料在循環過程中的反復的體積變化容易造成極片的粉化、剝離等破壞，從而影響電池性能。因此，改善及提高負極粘接力有助于獲得穩定的電池性能。
6、聚酰亞胺(pi)是一種具有優異性能的高分子材料，廣泛應用于航空航天、電子電氣和化工等領域。聚酰亞胺分子結構中的芳香族環和酰亞胺基團賦予其優異的機械強度、耐熱性和化學穩定性，但傳統聚酰亞胺材料制備電池也存在離子傳輸性和電子導電性不足的問題，并且聚酰亞胺材料的結構也直接影響電極的粘接性。
技術實現思路
1、本專利技術針對高能量密度鋰離子電池的實際應用遇到的技術問題，設計一種含氟可溶性聚酰亞胺(pi)粘接劑材料，該粘接劑材料主鏈中含有-nh-結構，屬于與活性物質之間存在電子轉移相互作用的“反應性粘接劑”，采用所述含氟可溶性聚酰亞胺粘接材料制備的電極材料具有低阻抗、高粘接特性，組裝的鋰電池表現更高倍率。是高穩定性、高容量且適用于大規模生產的硅負極粘接劑有效解決方案。
2、本專利技術的第一目的在于提供一種鋰電池專用含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑，所述含氟聚酰亞胺由二酐與二胺反應制備，所述二酐包括4,4’-六氟異丙基鄰苯二甲酸酐(6fda)，所述二胺包括4,4’-二氨基二苯胺(nda)，所述含氟聚酰亞胺6fda-nda的結構式如下：
3、
4、優選地，所述二酐還包括其他二酐，所述二胺還包括其他二胺。
5、進一步優選地，所述其他二酐選自3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐(bpda)、聚苯四甲酸酐(pmda)、4,4'-氧雙鄰苯二甲酸酐(odpa)和3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐(btda)中的一種或多種。
6、進一步優選地，所述其他二胺選自4,4'-二氨基二苯醚(oda)、對苯二胺(pda)、2,2'-二(三氟甲基)二氨基(tfmb)中的一種或多種。
7、優選地，所述含氟聚酰亞胺6fda-nda結構的摩爾百分含量為70-100％。
8、優選地，所述粘接劑還包括無機材料，所述無機材料選自無機纖維，優選海泡石纖維。
9、進一步優選地，所述無機材料與含氟聚酰亞胺6fda-nda的質量比為1：8-12。
10、本專利技術的第二個目的涉及上述含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
11、(1)在非質子極性溶劑中，加入6fda、nda，縮聚反應；或在非質子極性溶劑中，加入6fda、其他二酐、nda、其他二胺，縮聚反應；
12、(2)聚合完成后加入催化劑與脫水劑，反應，即得。
13、優選地，步驟(1)中所述非質子極性溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮和n,n-二甲基乙酰胺中的至少一種。
14、優選地，步驟(2)中所述催化劑選自吡啶、異喹啉、甲基吡啶中的至少一種。
15、優選地，步驟(2)中所述脫水劑選自乙酸酐。
16、在一些實施例中，本專利技術提供的含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑制備方法具體步驟如下：
17、1)將主鏈含氟的二酐單體與溶于非質子強極性溶劑的二胺單體混合置于圓底燒瓶中，在一定轉速下攪拌聚合反應；
18、2)在聚合完成后的溶劑中加入乙酸酐和吡啶，繼續攪拌反應；
19、3)將所得溶膠傾倒在無水乙醇中沉淀，得到含氟可溶性聚酰亞胺。
20、在一些優選實施方式中，所述步驟1)中的主鏈含氟的二酐單體選擇4,4-六氟異丙基鄰苯二甲酸酐(6fda)，二胺單體選擇4,4'-二氨基二苯胺(nda)，非質子強極性溶劑可選自n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)和n,n-二甲基乙酰胺(dmac)中的至少一種，優選dmac。
21、在一些優選實施方式中，所述步驟1)中的反應溫度為室溫，優選25℃；反應時間為12-24h，優選16h；轉速為50-300r/min，優選280r/min。所述步驟2)中的反應時間為12-24h，優選16h；轉速為50-300r/min，優選280r/min。
22、在一些優選實施方式中，步驟1)中所述二酐包括4,4'-六氟異丙基鄰苯二甲酸酐(6fda)與3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐(btda)，所述二胺包括4,4'-二氨基二苯胺(nda)與4,4'-二氨基二苯醚(oda)，其中6fda-nda聚酰亞胺結構的摩爾百分含量為70-100％。
23、在一些優選實施方式中，步驟1)中所述二酐包括4,4'-六氟異丙基鄰苯二甲酸酐(6fda)與4,4'氧雙鄰苯二甲酸酐(odpa)，所述二胺包括4,4'-二氨基二苯胺(nda)與2,2'-二(三氟甲基)二氨基(tfmb)，其中6fda-nda聚酰亞胺結構的摩爾百分含量為70-100％。
24、本專利技術的第三目的涉及上述含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑在鋰離子電池領域內的應用，主要應用于硅負極鋰離子電池。
25、相對于現有技術本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鋰電池專用含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述含氟聚酰亞胺由二酐與二胺反應制備，所述二酐包括4,4’-六氟異丙基鄰苯二甲酸酐，所述二胺包括4,4’-二氨基二苯胺，所述含氟聚酰亞胺的結構式6FDA-NDA如下：
2.根據權利要求1所述的含氟聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述二酐還包括其他二酐，所述二胺還包括其他二胺，所述其他二酐選自3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐、聚苯四甲酸酐、4,4'-氧雙鄰苯二甲酸酐和3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐中的至少一種；所述其他二胺選自4,4'-二氨基二苯醚、對苯二胺和2,2'-二(三氟甲基)二氨基中的至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的含氟聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述含氟聚酰亞胺結構的摩爾百分含量為70-100％。
4.根據權利要求1或2所述的含氟聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述粘接劑還包括無機材料，所述無機材料選自無機纖維，優選海泡石纖維。
5.一種根據權利要求1-4任一項所述的含氟聚酰亞胺粘接劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述催化劑選自吡啶、異喹啉、甲基吡啶中的至少一種。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述脫水劑選自乙酸酐。
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述其他二酐為3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐或4,4'-氧雙鄰苯二甲酸酐，所述其他二胺為4,4'-二氨基二苯醚或2,2'-二(三氟甲基)二氨基，其中聚酰亞胺6FDA-NDA結構含量70-100mol％。
10.根據權利要求1-4中任一項所述的含氟聚酰亞胺粘接劑或根據權利要求5-9任一項制備方法制備得到的含氟聚酰亞胺粘接劑在鋰離子電池領域的應用，其特征在于，所述鋰離子電池為硅負極鋰離子電池。
...【技術特征摘要】
1.一種鋰電池專用含氟可溶性聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述含氟聚酰亞胺由二酐與二胺反應制備，所述二酐包括4,4’-六氟異丙基鄰苯二甲酸酐，所述二胺包括4,4’-二氨基二苯胺，所述含氟聚酰亞胺的結構式6fda-nda如下：
2.根據權利要求1所述的含氟聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述二酐還包括其他二酐，所述二胺還包括其他二胺，所述其他二酐選自3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐、聚苯四甲酸酐、4,4'-氧雙鄰苯二甲酸酐和3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐中的至少一種；所述其他二胺選自4,4'-二氨基二苯醚、對苯二胺和2,2'-二(三氟甲基)二氨基中的至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的含氟聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述含氟聚酰亞胺結構的摩爾百分含量為70-100％。
4.根據權利要求1或2所述的含氟聚酰亞胺粘接劑，其特征在于，所述粘接劑還包括無機材料，所述無機材料選自無機纖維，優選海泡石纖維。
5.一種根據權利要求1-4任一項所述的含氟聚酰亞胺...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊昶旭，王超，宋振洋，李端怡，任茜，劉金剛，
申請(專利權)人：中國地質大學北京，
類型：發明
國別省市：
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