九游会官网平台:重磅干货丨导电粘合剂及其制备方法和应用

发布日期:2025-12-05 19:40:01来源:九游会官网平台浏览次数:1208

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  导电粘合剂是一种特殊的粘合剂,它不仅仅具备粘接性能,还具备导电功能。这种材料的制备方法和应用领域相当广泛,以下是一些相关的信息概述:

  1. 制备方法:一种导电粘合剂的制备方法涉及到使用光敏树脂、导电填料和导热填料的混合2。光敏树脂在紫外线照射下会由液态转变成固态,形成坚硬的交联聚合物。导电填料和导热填料的混合比例会影响粘合剂的性能,其中导电填料可能包括涂覆有银粉的含铜薄片状基材。另一种制备方法涉及将聚普朗尼克和催化剂溶于CH2Cl2溶液,获得混合溶液A,这可能是导电粘合剂的一部分制备流程。

  2.导电粘合剂的应用:导电粘合剂大范围的应用于微电子封装、印刷电路板、导电线。它们能作为连接有源和无源元件的无铅焊锡膏替代品,尤其是在对温度敏感的应用中。在电池材料技术领域,导电粘合剂用于制备一体化电池,提高电池性能。聚苯胺(PANI)作为一种导电聚合物,被探索用于干电极制备方法中,以替代传统的绝缘粘合剂PVDF,用于石墨锂离子负极的制备。

  3.导电粘合剂的类型:导电粘合剂可以根据固化工艺、导电粒子种类、化学类型等不同标准进行分类。例如,按固化工艺可以分为固化反应型、热熔型等;按导电粒子种类可以分为银系、金系、铜系等;按化学类型可以分为无机和有机导电胶。

  4.导电粘合剂的导电机理:导电胶的导电机理主要是导电粒子之间的相互接触形成电的通路。在固化或干燥过程中,由于溶剂的挥发和胶黏剂的固化,导电粒子形成稳定的连续接触,从而使导电胶具有导电性。

  5.导电粘合剂的工业应用:在航空航天、汽车、医疗、电信和消费类电子设备等行业中,导电粘合剂被用作精密装配和组件加工的重要工具。它们可当作焊锡的替代品,提供降低成本、提高性能和加快生产速度的优势。

  6.导电粘合剂在医疗及生命科学领域的应用:导电胶在医疗设施中也有广泛应用,尤其是在需要高可靠性的电子设备中。

  7.导电粘合剂的其他应用:导电粘合剂还可用于雷达、磁管及开关、摄像管、导电玻璃及装箍环、三极管管芯等不易焊接且要求具有导电性的粘接场合。

  8.导电胶的其他用途:导电胶还能够适用于硬盘驱动元件、助听元件以及其他用于医疗设施的电子组件的电气连接。

  导电粘合剂因其独特的性能,在现代电子工业中扮演着逐渐重要的角色,不断推动着电子设备向更小型化、更高性能的方向发展。

  为了解决这一问题,研究者们正在开发新型的导电粘合剂,这些粘合剂不仅需要具备良好的导电性,还需要能够在硅和碳材料之间实现有效的粘附。例如,北京大学深圳研究生院潘锋教授课题组通过分子工程的方法,设计并调控了粘结剂的分子结构,构建了稳定的导电网络,以维持硅基负极中活性物质、导电剂和集流体之间的有效电接触,从而缓解硅基负极容量的快速衰减并延长电池的循环寿命。此外,还有研究通过合成多功能粘合剂,如LP19,这种粘合剂结合了锂化PAA(LiPAA)和高导电PEDOT:PSS分子,不仅提高了电子电导率和锂离子电导率,还改善了机械性能,从而提升了硅负极的结构和循环稳定性。

  这些研究进展表明,通过合理设计导电粘合剂,可以有效提升硅基负极的电化学性能,推动其商业化进程。未来的研究将继续探索具有自愈合特性、高导电性和良好粘附性的新型粘合剂,以进一步提升硅基负极的稳定性和电池的整体性能。

  制备方法是一种合成改性聚普朗尼克(polypyrrole,简称PPy)的工艺。聚普朗尼克是一种导电聚合物,拥有非常良好的电导率和稳定能力,常被用于制备导电粘合剂。以下是您提供的制备方法的概述:

  1.1 混合溶液A的制备:将普朗尼克和催化剂按照1:1至1:3的摩尔比溶解在二氯甲烷(CH2Cl2)中,均匀搅拌,形成混合溶液A。这一步是将单体和催化剂混合,为聚合反应做准备。

  1.2 反应形成混合溶液B:向混合溶液A中加入丙烯酰氯,与普朗尼克发生反应。丙烯酰氯与普朗尼克的摩尔比同样为1:(1~3),这一步可能旨在通过丙烯酰氯的引入来改性聚普朗尼克,增强其粘接性能或其它特性。

  1.3 加入酸性调节剂:向混合溶液B中加入酸性调节剂进行反应,形成混合溶液C。酸性调节剂的加入可能用于控制聚合反应的速率和产物的形态。

  1.4 透析和冷冻干燥:对混合溶液C进行透析,以去除未反应的原料和低分子量的副产物,然后对透析后的溶液进行冷冻干燥,得到改性聚普朗尼克固体产物。

  这种制备方法可能用于开发一种新型的导电粘合剂,该粘合剂可能具备以下特性:

  导电性:由于聚普朗尼克本身就具有导电性,改性后的聚普朗尼克预期将保持或优化其导电性能。

  粘接性能:丙烯酰氯的引入可能增强了聚普朗尼克的粘接性能,使其能够更好地粘附在硅和碳材料上。

  稳定性:通过透析和冷冻干燥的步骤,可以去除杂质,提高产物的纯度和稳定性。

  这种导电粘合剂的制备方法可能有助于解决硅基负极在锂离子电池中因体积膨胀导致的电化学性能下降问题,通过提供一种既拥有非常良好导电性又能有效粘附于硅和碳材料的粘合剂,来提升电池的整体性能和循环稳定性。

  步骤2是制备聚普朗尼克-丙烯酸共聚物的过程,这是一种将改性聚普朗尼克与丙烯酸通过共聚反应结合在一起的方法。以下是该步骤的概述:

  共聚物的制备:首先将步骤1中得到的改性聚普朗尼克溶解在水中,形成均匀的溶液。这一步是为了确认和保证改性聚普朗尼克能够在后续的共聚反应中均匀分散。

  加入丙烯酸:向改性聚普朗尼克溶液中加入丙烯酸。丙烯酸是一种单体,可以与聚普朗尼克进行共聚反应,形成共聚物。丙烯酸的加入能大大的提升粘合剂的粘接性能,尤其是在水性环境中。

  加入引发剂:为了启动和促进聚合反应,需要向混合溶液中加入引发剂。引发剂可以是热引发剂或光引发剂,具体取决于聚合反应的条件。

  聚合反应:在适当的反应条件下,如温度、时间和pH值等,进行聚合反应。聚合反应将导致改性聚普朗尼克和丙烯酸单体之间形成共价键,生成聚普朗尼克-丙烯酸共聚物。

  摩尔比控制:改性聚普朗尼克和丙烯酸的摩尔比控制在(1~3):(7~9)的范围内。这个比例范围是为了平衡共聚物的导电性和粘接性能,确保最终产品既拥有非常良好的导电性,也可提供足够的粘接强度。

  导电性:由于聚普朗尼克的导电性质,共聚物预期将保持一定的导电性,这对于电池电极中的电子传输至关重要。

  粘接性:丙烯酸的加入增强了共聚物的粘接性能,使其能够更好地粘附在电极材料上,包括硅和碳材料。

  机械性能:共聚物可能具有改善的机械性能,如柔韧性和抗拉伸性,这有助于抵抗电池充放电过程中的体积变化。

  通过这种制备方法,可以开发出一种新型的导电粘合剂,它不仅仅可以提高硅基负极的电化学性能,还能够增强电极的结构稳定性,来提升锂离子电池的整体性能和循环寿命。

  步骤3描述了制备一体化导电粘合剂的最后阶段,其中涉及到碳纳米管(CNT)与聚普朗尼克-丙烯酸共聚物的混合。以下是该步骤的概述:

  共混原料:将步骤2中得到的聚普朗尼克-丙烯酸共聚物与碳纳米管(CNT)按照1:(1~4)的质量比进行混合。这个比例是为了确认和保证粘合剂有充足的导电性和粘接性能。

  冰浴下超声分散:为了确认和保证CNT和共聚物之间的均匀分散和混合,将混合物置于冰浴中进行超声处理。冰浴有助于控制混合物的温度,防止过热,而超声则通过机械振动产生的能量使CNT和共聚物充分分散,避免聚集。

  获得一体化导电粘合剂:经过超声处理后,混合物形成了一种均匀的一体化导电粘合剂。这种粘合剂预期将具备以下特性:

  高导电性:由于CNT的加入,粘合剂的导电性能得到非常明显提升,有助于提高电极的电子传输效率。

  良好的分散性:超声处理确保了CNT在粘合剂中的均匀分散,这有助于提高粘合剂的整体性能。

  增强的粘接性:CNT和共聚物的混合可能提高了粘合剂对电极材料的粘接强度,有助于在电池充放电过程中保持电极结构的完整性。

  这种一体化导电粘合剂的开发,对于提高硅基负极锂离子电池的性能具备极其重大意义。它不仅仅可以提供更好的电导率,还能够增强电极的机械稳定性,来提升电池的循环稳定性和整体性能。此外,这种粘合剂的制备方法可能还具有可扩展性和成本效益,有助于推动硅基负极材料的商业化应用。

  实施例1详细描述了一种一体化导电粘合剂的制备过程,该过程包括以下关键步骤:

  1. 制备混合溶液A:取0.2摩尔的普朗尼克和0.6摩尔的三乙胺,溶于20毫升的二氯甲烷(CH2Cl2)中,充分均匀搅拌,得到混合溶液A。这里使用的三乙胺作为催化剂,有助于后续的聚合反应。

  2. 除去氧气:通氮气60分钟以除去溶液中的氧气,防止氧气对聚合反应的干扰。

  3. 反应形成混合溶液B:将0.2摩尔的丙烯酰氯加入到混合溶液A中,在室温下反应8小时,获得混合溶液B。丙烯酰氯的加入是为了与普朗尼克发生反应,形成改性聚普朗尼克。

  4. 加入稀HCl形成混合溶液C:将0.6摩尔的稀盐酸(HCl)加入到混合溶液B中,搅拌6小时,获得混合溶液C。这一步中,稀HCl作为酸性调节剂,有助于控制聚合反应。

  5. 透析和冷冻干燥:对混合溶液C进行透析以去除未反应的原料和副产物,接着进行冷冻干燥至恒重,得到纯净的改性聚普朗尼克。

  6. 制备聚普朗尼克-丙烯酸共聚物:将0.2摩尔的改性聚普朗尼克溶于水中,加入1.8摩尔的丙烯酸和16毫克的过硫酸胺作为引发剂。在保护氮气下除氧,升温至60℃并反应60分钟,得到聚普朗尼克-丙烯酸共聚物。

  7. 制备导电粘合剂A1:将2.5克聚普朗尼克-丙烯酸共聚物和2.5克CNT(碳纳米管)混合,在冰浴下使用细胞分散仪超声分散80分钟,得到导电粘合剂A1。

  高导电性:由于聚普朗尼克和CNT的加入,粘合剂具有较高的导电性,有助于提高电池电极的电子传输效率。

  良好的分散性:超声处理确保了CNT在粘合剂中的均匀分散,避免了聚集,提高了粘合剂的整体性能。

  增强的粘接性:CNT的加入提高了粘合剂对电极材料的粘接强度,有助于在电池充放电过程中保持电极结构的完整性。

  通过这种制备方法,得到的导电粘合剂A1能够适用于硅基负极材料的锂离子电池,提高电池的电化学性能和循环稳定性。

  优异的导电性能:通过将改性聚普朗尼克与CNT共混并超声分散,制备出的粘合剂具备优秀能力的导电性能。CNT的加入明显提高了粘合剂的导电性,有助于电子在电极中的快速传输。

  物理化学双网络结构:改性聚普朗尼克和丙烯酸单体之间不但可以通过物理缠结形成网络,还能通过化学反应形成化学键。这种物理化学双网络结构赋予了聚合物更好的力学性能,有助于抵抗硅负极在循环过程中的体积膨胀。

  改善的体积膨胀问题:由于双网络结构的强化作用,粘合剂能够更好地承受硅负极在充放电过程中的体积变化,由此减少电极材料的破裂和脱落,延长电池的循环寿命。

  双重粘接能力:粘合剂含有丙烯酸中的亲水链段和聚普朗尼克中的疏水链段,这使得粘合剂能够分别与亲水的硅材料和疏水的碳材料实现有效的粘接。

  均匀分散的CNT:通过超声分散处理,CNT在粘合剂中实现了均匀分散,避免了聚集现象,进一步提升了粘合剂的整体导电性能。

  提升的锂离子传输能力:聚普朗尼克中含有的乙氧基和醚键有助于提升锂离子的传输能力,这对于提高电池的充放电性能至关重要。

  无需额外导电添加剂:本发明的粘合剂在制备过程中不需要添加额外的导电添加剂,通过优化的分散处理,实现了导电添加剂与聚合物的均匀混合,避免了传统方法中也许会出现的导电添加剂聚集问题。

  提升的负极循环性能:使用该粘合剂制备的负极在电池测试中表现出了优异的循环稳定性和电化学性能,这对于提高电池的整体性能和应用潜力具备极其重大意义。

  综上所述,本发明的一体化导电粘合剂不仅在制备方法上具有创新性,而且在实际应用中展现出了显著的性能优势,有望推动高能量密度锂离子电池的发展和商业化进程。