涂料分散剂
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2023年3月20日发(作者：协作图)分散剂的合成及其在锂离子电池涂料中的应用
任云;王博;王胜利
【摘要】针对电池涂料涂布要求,由苯乙烯磺酸钠、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯
等单体共聚合成了磷酸铁锂锂离子电池涂料分散剂.通过正交试验法对配料比进行
优化,最佳配比(以丙烯酸为基准计算)为:丙烯酸100％、马来酸酐10％、丙烯酸丁
酯6％、苯乙烯磺酸钠10％、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯60％.在最优配料比条
件下合成该分散剂,进一步探讨了分散剂用量对涂料流变性影响,结果表明:固含量为
77.1％,分散剂用量为活性物质磷酸铁锂质量的0.3％时,涂料初始黏度为1332
mPa·s,静置90min后黏度为1656mPa·s,符合电池涂布工艺要求.
【期刊名称】《涂料工业》
【年(卷),期】2014(044)010
【总页数】4页(P52-55)
【关键词】电池涂料;分散剂;流变性
【作者】任云;王博;王胜利
【作者单位】邯郸学院化学系,河北邯郸056005;邯郸市有机小分子材料重点实验
室,河北邯郸056005;邯郸学院化学系,河北邯郸056005;邯郸市有机小分子材料重
点实验室,河北邯郸056005;邯郸学院化学系,河北邯郸056005;邯郸市有机小分子
材料重点实验室,河北邯郸056005
【正文语种】中文
【中图分类】TQ630.4+95
将分散剂应用在锂离子电池涂料中，可通过物理或化学作用吸附在固体颗粒表面，
避免颗粒间的碰撞团聚［1］，制备出高固含量低黏度的电池涂料，减少溶剂使用
量，同时可改善涂料活性物质分散效果，提高电池性能。如：王力臻等［2］采用
LiCoO2作为正极活性物质，以聚丙烯酸钠为分散剂，以N-甲基吡咯烷酮（NMP）
为溶剂，研究了聚丙烯酸钠对锂离子电池正极性能的影响。当前研究集中在现有分
散剂在电池中的应用分析，如梅铭等［3］分析了KD-1分散剂在溶剂为N-甲基吡
咯烷酮的纳米级钛酸锂（Li4Ti5O12）负极材料制浆中的可行性。宋延华等［4］
研究了分散剂聚丙烯酰胺（PAM）对正极材料LiFePO4性能的影响。张胜利等
［5］将十二烷基磺酸钠（SDS）和聚乙二醇（PEG）用作锂离子电池正极水性合
膏工艺的分散剂，研究了它们对磷酸铁锂性能的影响。分散剂在电池涂料中的应用
呈现出广阔前景，结合厂家实际涂布要求，一般要求，涂料固含量为70％～80％，
室温时涂料初始黏度小于1500mPa·s，静置90min后黏度为1500～3
000mPa·s。同时要求降低涂料制备能耗并保障涂布一致性。
本研究选择甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大单体，利用其聚醚分子链提供一定的空
间位阻，选择苯乙烯磺酸钠提供一定的静电斥力，与丙烯酸等单体共聚合成锂离子
电池水性涂料分散剂，以涂料黏度为指标，探讨电池涂料分散剂合成工艺，并优化
分散剂制浆添加量。
1.1仪器与试剂
丙烯酸（AA）：分析纯，天津巴斯夫化工有限公司；马来酸酐（MA）、丙烯酸
丁酯（BA）、NaOH、N2：分析纯，天津市瑞金特化学品有限公司；苯乙烯磺酸
钠（SSS）：分析纯，天津市河东区红岩试剂厂；H2O2：分析纯，军事医学科学
院药材供应站；NaHSO3：分析纯，天津市大茂化学仪器供应站；甲氧基聚乙二
醇甲基丙烯酸酯（MPEGMA，2000）：工业级，杭州拓目科技有限公司；磷酸铁
锂：工业级，台湾长园科技有限公司；导电炭黑（PS）：工业级，瑞士特密高石
墨有限公司；去离子水：自制。
TENSOR27傅里叶红外光谱仪：德国Bruker；NDJ-5S黏度计：上海精密；实验
室高速分散器（1L，间歇式）、立式实验砂磨机（1L，间歇式）：自制。
1.2锂离子电池涂料分散剂的制备
将AA、MA、SSS、MPEGMA按设计质量分数混合，用去离子水配成质量浓度为
70％的水溶液（a＃）。H2O2-NaHSO3氧化还原引发体系用量为单体总质量的
4％，其中H2O2与NaHSO3质量比为3∶2。在装有滴加装置、搅拌器、回流冷
凝管及温度计的反应器中加入BA，加热到65℃并保持恒温，通入N2保护，匀速
缓慢滴加单体溶液a＃及引发剂［6］，滴加时间为6h，滴加完毕后在65℃下保
温反应1h。反应结束后，降至40℃以下用质量浓度为50％的NaOH水溶液调节
反应物pH至中性，补充适量去离子水最终得到浓度为30％的黄棕色水性锂离子
电池涂料分散剂。取一定量的样品，加入乙醚使聚合物沉淀，与共存物质分离，用
乙醚洗涤沉淀5次后真空干燥。KBr压片，在红外光谱仪上扫描红外吸收光谱图。
1.3分散剂制浆性能评价
制备锂离子电池正极水性涂料，各组分用量如下：磷酸铁锂100份、导电炭黑PS
1份、水30份，固含量为77.1％。在分散器中加入水和分散剂（分散剂总量的
2/3），开动搅拌器，待分散剂溶解后将其他原料组分分批加入混合制成混合料
［7］，并在800r/min、30～40℃条件下分散20min；将上述涂料转入砂磨机，
在900r/min、30～40℃条件下研磨20min，研磨过程中滴加剩余1/3分散剂到
涂料内，滴加完成后继续研磨5min结束。固定涂料组成及调制方法，改变分散剂
种类或用量，取涂料测定150s-1剪切速率下表观黏度［8］。
2.1红外光谱
图1为分散剂红外光谱。
图1中，3480cm-1处宽峰是由分子中聚醚支链上吸附水分产生的羟基吸收峰；
1732cm-1处为C═O伸缩振动吸收峰，为MPEGMA、BA单体引入的酯基特征
吸收峰；1624～1454cm-1处为苯乙烯磺酸钠单体引入苯环产生的C═C伸缩振
动特征吸收峰；1419cm-1处为羧酸盐特种吸收峰，其另一特征吸收峰在1
560cm-1处，与苯环吸收峰重叠；以1090cm-1强宽峰为中心，左右分别为1
340cm-1、1238cm-1、959cm-1、836cm-1，这5个吸收峰为聚醚C—O—C
特征吸收，为MPEGMA引入的聚醚侧链产生；磺酸盐具有1220cm-1处的
S═O吸收峰，由于和聚醚吸收峰重合叠加，在图谱上表现为1238cm-1谱线有肩
峰。
2.2分散剂配料比优化
固定AA用量，分别改变MA、BA、SSS、MPEGMA的用量，设置四因素三水平
正交试验L9（34）合成分散剂。固定分散剂总用量为磷酸铁锂质量的0.3％，以
正极涂料初始黏度为性能指标进行试验，正交试验因素水平分配及实验结果见表1。
极差越大表明对应的因素对电池涂料黏度影响越大。表1中均值为各因素对应水
平涂料的黏度平均值，均值最小对应最优水平，故理论最优化配料为MA10％、
BA6％、SSS10％、MPEGMA60％，按此最优因素水平组合进行验证试验，制
备出分散剂。
2.3分散剂用量对涂料黏度的影响
在25℃，pH＝7.0时，添加最优因素水平组合条件下制备的分散剂调制电池涂料，
改变分散剂用量（以LiFePO4的质量计），分别测定涂料初始表观黏度与静置
90min后表观黏度，结果见图2。
由图2可知，在分散剂用量为0.1％时，涂料初始黏度与静置90min后黏度分别
为2212mPa·s和3665mPa·s，较未添加分散剂的涂料黏度明显降低。可见分散
剂分散性能良好，添加分散剂可以使涂料的初始黏度与静置黏度大幅度降低；同时，
在分散剂用量为0.3％时涂料黏度最低，涂料流变性能最好，初始黏度可达1
332mPa·s，静置90min后黏度为1656mPa·s；其后，继续增加分散剂用量，初
始黏度变化趋于平缓，静置黏度略有上升。参考电池涂料涂布工艺要求及应用成本，
分散剂的用量为0.3％时，可制备满足工艺要求的电池涂料。
本研究选择甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大单体、苯乙烯磺酸钠及丙烯酸等单体共
聚合成了磷酸铁锂锂离子电池涂料分散剂，固定分散剂用量，探讨了分散剂原料配
比对分散剂分散性能的影响，并通过正交试验法对配料比进行优化，得分散剂最佳
配料比为：丙烯酸100％、马来酸酐10％、丙烯酸丁酯6％、苯乙烯磺酸钠10％、
甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯60％。在最优配料比条件下合成该分散剂，进一步
探讨了分散剂用量对涂料流变性的影响，结果表明添加分散剂可以使涂料的初始黏
度与静置黏度大幅度降低，在固含量为77.1％、分散剂用量为活性物质磷酸铁锂
质量的0.3％时，涂料最低初始黏度可达1332mPa·s，静置90min后黏度为1
656mPa·s，添加该分散剂制备电池涂料，其黏度满足涂布工艺要求。
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