[發(fā)明專利]一種聚合物交聯(lián)的粘結劑及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107482221B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 梁波;陳栩;張帥;蘭芳;喬猛
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;C08L5/08;C08J3/24;C08B37/08
• 代理公司: 43113 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬強;蔣尊龍

本發(fā)明公開了一種聚合物交聯(lián)的粘結劑及其制備方法和應用。聚合物交聯(lián)的粘結劑是以雙端基取代的聚乙二醇為交聯(lián)劑，通過與水溶性的線型聚合物粘結劑進行交聯(lián)反應所制得。本發(fā)明驗證了通過交聯(lián)反應制備體型聚合物粘結劑的可行性。該聚合物改性粘結劑以天然生物改性高分子為原料，來源廣泛，成本低，同時具有良好的水溶性。該聚合物反應通過席夫堿反應進行，不需要引入高溫或催化劑，實施工藝簡易可行。通過測試表征使用該粘結劑所制備的硅負極的方面性能發(fā)現(xiàn)，對該粘結劑進行交聯(lián)改性不但提高了粘結劑的粘結性能，同時提高了電極的離子導電性，改善電池材料的電化學性能，提高電池的綜合性能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種聚合物交聯(lián)的粘結劑及其制備方法和應用，具體涉及用于電池負極材料的離子導電型交聯(lián)聚合物水溶性粘結劑，屬于鋰離子電池負極材料領域。

背景技術

隨著便攜式電子設備和電動汽車的普及，人們對鋰離子電池性能的要求也日益增高。硅(Si)材料由于具有高的理論容量4200mAh·g^-1(遠高于傳統(tǒng)負極材料石墨的372mAh·g^-1)、適中的嵌/脫鋰電位及廣泛的來源(硅元素在地殼中的含量位居第二)等優(yōu)勢，被認為是最具有前途的鋰離子電池負極材料之一。但是硅顆粒在鋰離子電池循環(huán)過程中會由于鋰離子的嵌入和脫出產(chǎn)生巨大的體積變化(大于300％)，從而導致電極活性物質(zhì)之間失去導電連接并且從集流體脫落，電極容量快速衰減。

為了提高硅負極的循環(huán)壽命和使用性能，研究者通過采用將硅材料與碳材料復合的方式，使得硅負極的導電和體積效應問題得到相應的改善或緩和，但是使用這些方法制備硅/碳復合材料價格昂貴、不能大批量生產(chǎn)，同時碳材料的加入會降低極片的容量密度。粘結劑是鋰離子電池關鍵組成部分之一，選擇和設計合適的粘結劑對鋰離子電池硅負極的實際應用有重要意義。粘結劑的重要作用使得越來越多的研究者將注意力從硅材料的結構轉移到粘結劑的設計上來。目前商業(yè)化廣泛使用的聚偏氟乙烯(PVDF)粘結劑雖然具有性能穩(wěn)定，易分散，有較寬的電化學穩(wěn)定窗口和電解液對所制得的極片有良好的浸潤效果等優(yōu)點，但是它也存在大量缺點：粘結能力有限、機械強度差、分子中的F元素會與電解液的成分反應產(chǎn)生大量熱量、價格昂貴、對水分敏感和需要使用昂貴且有毒的有機溶劑進行分散等，因此迫切需要對應用于硅負極中的新型粘結劑進行研究開發(fā)。硅負極粘結劑目前存在的主要問題是：(1)粘結性能不強，不能與活性物質(zhì)及其他組分之間產(chǎn)生強烈的相互作用；(2)機械性能較差，經(jīng)過一定次數(shù)的電池充放電循環(huán)后結構產(chǎn)生破壞，使用壽命不夠長；(3)導電性能差，不能為極片在循環(huán)過程提供一個穩(wěn)定的導電網(wǎng)絡；(4)原料價格昂貴，制備工藝復雜，不適用于大規(guī)模生產(chǎn)；(5)制備過程中易污染環(huán)境，不符合綠色生產(chǎn)的要求。