一种导电炭材料分散剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及分散剂领域，具体涉及到一种导电炭材料分散剂及其制备方法。


背景技术：

2.当前的新能源产业蓬勃发展，锂离子电池技术不断提高，对电池能量密度和综合性能也提出了更高的要求。当前锂电池为了提高电池能量密度，必不可少的需要使用导电炭材料，目前常用的导电碳材料为石墨、炭纳米管(cnt)和石墨烯，对于石墨体系，常用羧甲基纤维素(cmc)作为分散剂，cmc具有良好的悬浮稳定效果，但分散的石墨粘度大，阻抗增加，而碳纳米管和石墨烯的分散难度更大，且目前的分散剂都不具有导电性能，对导电炭材料的电化学性能都有一定的影响，导致电阻上升，影响电池的最终性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术的不足提供的一种导电炭材料分散剂及其制备方法，该导电炭材料分散剂具有导电性，在分散导电炭材料的同时，也能对电池的电化学性能提供有益效果，相比当前炭材料的分散剂具有更好的综合性能。
4.实现本发明目的的具体技术方案是：
5.一种导电炭材料分散剂，它包含结构通式(1a)或(1b)所示的第一重复单元：
[0006][0007]
和结构通式(2)所示的第二重复单元：
[0008][0009]
其中，r1和r2各自独立地为h、-oh、-nh2、-so3m、-b(oh)2、-cn、-po3hm、-po3m2或-coom，m为h、li、na、k或铵基，r1在苯环上的取代位是邻位、间位或对位，r2在苯环上的取代位为邻位或间位；r3为为n1和n2为各自独立的正整数。
[0010]
所述的导电炭材料分散剂，第一重复单元结构通式中r1和r2同时为氢、-oh、-nh2或-coom；m为h、li、na、k或铵基；r1在苯环上的取代位是邻位、间位或对位；r2在苯环上的取代位为邻位或间位；第二重复单元为乙烯基吡咯烷酮。
[0011]
所述的导电炭材料分散剂，它还包含结构通式(3a)或(3b)所示的第三重复单元：
[0012][0013]
其中r4为h或者甲基；r5为h或-coom；r6为m、直链或分支的c1至c
30
烷基或环烷基、-ch2ch2coom、m为h、li、na、k或铵基；n为2-12的任意整数；m为1-70的任意整数；r7和r8各自独立地为h、直链或分支的c1至c6烷基、羟甲基、羟乙基或羟丙基；n3和n4为各自独立的正整数。
[0014]
所述的导电炭材料分散剂，第三重复单元所用单体选自丙烯酸、马来酸、丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺的其中一种。
[0015]
所述的导电炭材料分散剂，分散剂的重均分子量为1万至100万。
[0016]
所述的导电炭材料分散剂的制备方法，包括以下步骤：
[0017]
步骤一：将有机溶剂加入到反应釜中，开启搅拌，加热至50℃至85℃；
[0018]
步骤二：将第一重复单元和第二重复单元(或第一重复单元、第二重复单元和第三重复单元)与链转移剂、有机溶剂混合分散均匀，得到单体混合液；
[0019]
步骤三：将引发剂和有机溶剂混合分散均匀，得到引发剂溶液；
[0020]
步骤四：同时滴加步骤二的单体混合液和步骤三的引发剂溶液，反应180分钟，反应结束后50℃至85℃下继续保温1小时，然后降至室温，调节ph值，过滤出料得到导电碳材料分散剂。
[0021]
所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮，所述引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化氢异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化十二酰、过氧化月桂酰、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈和偶氮二异丁酸二甲酯的一种或几种。
[0022]
所述链转移剂为异丙醇、巯基乙酸、巯基乙醇、3-巯基丙酸异辛酯、十二硫醇和2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯的一种或几种。
[0023]
本发明的优势之处在于第一重复单元为共轭结构，能与导电炭材料形成电子云π-π共轭效应，第一重复单元上r1和r2的官能团可以通过优化使分散剂与导电炭材料形成氢键、范德华作用力，也可使分散剂带上电荷，通过静电排斥作用分散导电炭材料，第二重复单元可以改善分散剂的粘度和聚合活性，同时也能分散导电炭材料，第三重复单元可以提供更佳的分散作用力，提供静电排斥或空间位阻效应。本发明的导电炭材料分散剂具有导电性，在分散导电炭材料的同时，也能对电池的电化学性能提供有益效果，相比当前炭材料的分散剂具有更好的综合性能。
具体实施方式
[0024]
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但不对本发明造成任何限制。
[0025]
实施例
[0026]
分散剂的制备：
[0027]
将200mln-甲基吡咯烷酮加入到反应瓶中，升温至70℃，开启搅拌，将第一重复单元和第二重复单元(或第一重复单元、第二重复单元和第三重复单元)与链转移剂、50mln-甲基吡咯烷酮混合分散均匀，将引发剂偶氮二异丁酸二甲酯加入到50mln-甲基吡咯烷酮溶液中配置引发剂溶剂，同时滴加重复单元混合液和引发剂溶液，滴加180分钟，滴加结束后70℃保温1小时，然后降温至室温，调节ph值后得到导电炭材料分散剂，各实施例分散剂结构如下：
[0028]
[0029][0030]
各实施例对多臂炭纳米管分散效果如下表所示：
[0031][0032][0033]
从结果上看出，相比市售的pvp分散剂，实施例对碳纳米管的分散性好，分散稳定性更佳，且分散剂具有共轭结构，电阻相比pvp大幅降低，对电池的导电性能更有益，效果显著。


技术特征：
1.一种导电炭材料分散剂，其特征在于它包含结构通式(1a)或(1b)所示的第一重复单元：和结构通式(2)所示的第二重复单元：其中，r1和r2各自独立地为h、-oh、-nh2、-so3m、-b(oh)2、-cn、-po3hm、-po3m2或-coom；m为h、li、na、k或铵基；r1在苯环上的取代位是邻位、间位或对位；r2在苯环上的取代位为邻位或间位；r3为为n1和n2为各自独立的正整数。2.根据权利要求1所述的导电炭材料分散剂，其特征在于第一重复单元结构通式中r1和r2同时为氢、-oh、-nh2或-coom；m为h、li、na、k或铵基；r1在苯环上的取代位是邻位、间位或对位；r2在苯环上的取代位为邻位或间位；第二重复单元为乙烯基吡咯烷酮。3.根据权利要求1所述的导电炭材料分散剂，其特征在于它还包含结构通式(3a)或(3b)所示的第三重复单元：
其中r4为h或者甲基；r5为h或-coom；r6为m、直链或分支的c1至c
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烷基或环烷基、-ch2ch2coom、m为h、li、na、k或铵基；n为2-12的任意整数；m为1-70的任意整数；r7和r8各自独立地为h、直链或分支的c1至c6烷基、羟甲基、羟乙基或羟丙基；n3和n4为各自独立的正整数。4.根据权利要求3所述的导电炭材料分散剂，其特征在于第三重复单元所用单体选自丙烯酸、马来酸、丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺的其中一种。5.根据权利要求1-4任一项所述的导电炭材料分散剂，其特征在于分散剂的重均分子量为1万至100万。6.一种权利要求1-4任一项所述的导电炭材料分散剂的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一：将有机溶剂加入到反应釜中，开启搅拌，加热至50℃至85℃；步骤二：将第一重复单元和第二重复单元或者第一重复单体、第二重复单元和第三重复单元与链转移剂、有机溶剂混合分散均匀，得到单体混合液；步骤三：将引发剂和有机溶剂混合分散均匀，得到引发剂溶液；步骤四：向反应釜中同时滴加步骤二的单体混合液和步骤三的引发剂溶液，反应180分钟，反应结束后50℃至85℃下继续保温1小时，然后降至室温，调节ph值，过滤出料得到所述导电碳材料分散剂。7.根据权利要求6所述的导电炭材料分散剂的制备方法，其特征在于所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮；所述引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化氢异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化十二酰、过氧化月桂酰、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈和偶氮二异丁酸二甲酯的一种或几种。8.根据权利要求6所述的导电炭材料分散剂的制备方法，其特征在于链转移剂为异丙醇、巯基乙酸、巯基乙醇、3-巯基丙酸异辛酯、十二硫醇和2,4-二苯基-4-甲基-1-戊烯的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种导电炭材料分散剂及其制备方法，它包含结构通式(1a)或(1b)所示的第一重复单元和结构通式(2)所示的第二重复单元。本发明公开的分散剂可用于石墨、炭纳米管、石墨烯等导电炭材料的分散，效果良好。效果良好。效果良好。


技术研发人员：王绍华 彭敏
受保护的技术使用者：瑞固新能（上海）材料科技有限公司
技术研发日：2022.05.27
技术公布日：2022/8/12