[发明专利]一种偏氟乙烯三元共聚物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种偏氟乙烯三元共聚物及其制备方法，偏氟乙烯三元共聚物的分子结构式如下：式中，A单元为偏氟乙烯结构单元；B单元为乙烯基醇结构单元；C单元为乙烯基碳酸锂结构单元，n≥1。制备方法：将偏氟乙烯单体、乙烯酯单体及乙烯基碳酸锂单体一步法共聚后加碱水解制得偏氟乙烯三元共聚物。本发明的制备方法，工艺简单，成本低廉，为PVDF改性提供了一种新的技术思路；制得的偏氟乙烯三元共聚物，离子传输效率高，同时没有共混PVDF相容性差的缺陷，极具应用前景。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种用于新型锂电池材料及其制备方法，特别涉及一种偏氟乙烯-乙烯基醇-乙烯基碳酸锂三元共聚物及其制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)是偏氟乙烯(VDF)的均聚物，其分子链的重复单元为-CH₂-CF₂-基团的交替排列，具有良好的化学稳定性、良好的热稳定性、优异的电化学性能被广泛用作锂电池材料正极材料、负极材料以及电池隔膜。锂离子的迁移过程对锂电池工作效率具有重要的影响，电池的正负极材料均采用锂嵌入和脱出循环性能较好的聚合物材料，其电池的充放电过程可以看作是锂离子在两极之间往复运动，因此对聚合物材料就提出更高的要求，尤其是材料的电导率、锂离子迁移率和电化学稳定。然而，聚偏氟乙烯为结晶性聚合物，结晶度在60％～80％之间，介电常数高，欧姆电阻高，结晶熔融温度在140摄氏度左右，因此在电池通常的使用温度下，纯粹使用PVDF聚合物作为电池材料，其结晶性单元阻碍电解液体中的离子传输，大大降低离子的传输效率，严重影响锂电池的充放电性能。此外，PVDF的结构单元在碱性条件下很容易发生化学降解，严重影响其电化学性能。因此，需要对PVDF进行化学结构优化以提高PVDF的锂离子迁移率。

目前针对锂电池中PVDF存在的缺陷，大多采用共混引入导电剂(含碳酸锂组分的材料)的方式来提高材料的离子传输，比如CN201610061070.7；CN201811642119.3；CN201610887432.8等。该方案虽然通过加入导电剂有效地提高材料的电化学性能，但是导电剂的加入同时会降低PVDF与其他材料的相容性，减弱聚合物材料本身的粘结力以及粘结力的持久性，导致电极粘合剂层容易从集电体上部分或全部剥离，负荷特性变差，引起容量劣化等问题。

因此，开发一种相容性好且离子传输效率高的PVDF复合材料极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有PVDF在使用温度下离子传输效率低及共混PVDF相容性差的缺陷，提供一种相容性好且离子传输效率高的PVDF复合材料。该PVDF复合材料具体为偏氟乙烯-乙烯基醇-乙烯基碳酸锂三元共聚物，该类三元共聚物材料，其化学结构中保留PVDF的结构优势，同时采用共聚的方式在结构中引入高离子传输效率的结构单元(碳酸锂结构)，不仅解决了共混PVDF相容性差的缺陷，而且可以在材料内构建高速的锂离子传输通道，最终实现优化PVDF离子的传输效率和提高锂电池离子电导率的目的，降低电池在充电过程中的极化，从而提高电池的充放电性能，为锂电池的进一步研究和应用提供重要的聚合物材料。此外，三元共聚物结构中的乙烯基醇结构单元含有大量的亲水性集团(羟基基团)，可以有效地改善PVDF共聚物的粘结性和亲水性。更为重要的是，三元共聚物中引入大量的极性基团(酯键和碳酸键)，这样一来，可以通过极性单元的占比有效地调控三元共聚物的物化性能(粘度、溶解度和结晶度等)。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种偏氟乙烯三元共聚物，其分子结构式如下：

式中，A单元为偏氟乙烯结构单元，其对应单体的结构为CH₂＝CF₂；

B单元为乙烯基醇结构单元，其对应单体的结构为CH₂＝CHOH；