[發明專利]一種提高鋰電池硅電極循環穩定性的粘結劑的制備方法

有效

• 申請號: 201711429392.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108063258B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 陳慶;司文彬
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種提高鋰電池硅電極循環穩定性的粘結劑的制備方法，將丙烯酸、去離子水、石墨烯包覆的鉬酸鈷網狀納米片、羧甲基纖維素和光引發劑混合均勻后，然后通過原位聚合的方法直接紫外光致交聯，獲得一種含聚丙烯酸接枝的羧甲基纖維素共聚物的粘結劑。本發明通過在粘結劑中添加了石墨烯包覆的鉬酸鈷網狀納米片，利用該材料的網絡結構，能夠有效的防止納米硅顆粒在循環過程中發生移動，保持電極結構穩定，有利于電極的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及鋰電池粘結劑，特別是涉及一種提高鋰電池硅電極循環穩定性的粘結劑的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是目前研究最廣泛、最深入的能量存儲裝置之一，因其具有高容量密度、循環壽命高、綠色環保、使用溫度范圍寬及安全性能高等優點，被廣泛的應用到智能手機、平板電腦、電動汽車等領域。粘結劑力學性能的優劣與電池的循環壽命密切相關，如果力學性能不佳，容易引起電極片在電化學循環過程中粉化，導致電極材料從集流體表面脫落，失去電化學儲能性能。此外，當粘結劑的電化學穩定性不好時，在電極電化學過程中粘結劑的一些功能基團可與鋰離子發生不可逆的化學反應，從而導致電池的可逆容量下降。

鋰電池的電極是由炭素材料及鋰的氧化物等活性物質、導電劑經粘結劑涂布在集電體表面形成。即將活性物質等分散到高分子溶液或高分子分散液后，涂布在集電體表面，鋰電池中極片對電池性能的影響非常大，在對鋰電池進行充放電過程中，由于鋰離子在正負極間來回穿插，會導致正/負極活性物質脫落，甚至同集流體相分離，從而使得電池出現容量降低，循環壽命減小。所以對電池極片的控制是直接影響到電池性能的關鍵因素，其中極片的控制中以極片上活性物質之間的粘結強度及活性物質與基底的粘結強度最為重要，因此，鋰電池用粘結劑是制造鋰電池的重要材料之一，可直接影響其性能。

用作粘結劑的高分子要求有以下特性：制備電池時，含活性物質的涂膜不會從集電體上脫開，不會產生裂痕，粘結性強，不會溶解在用做電解液的有機溶劑中，經反復充放電，涂膜不會從集電體上脫開，不產生裂痕，粘結性強，用量少就有足夠的粘結強度，不與電解質反應。

鋰電池用的粘結劑的種類很多，多數采用聚偏氟乙烯(PVDF)，在制備極片涂布用漿料時，首先要將聚偏氟乙烯直接溶解于有機溶劑中制備成膠液，或者將聚偏氟乙烯粉末與其他物質共混然后溶解于有機溶劑中，聚偏氟乙烯在有機溶劑中的溶解速度直接影響漿料的加工周期，應用于鋰離子電池粘結劑的聚偏氟乙烯除了對粘結性能有要求外，對其他方面也有嚴格的要求，比如雜質含量，電化學穩定性，柔韌性等。目前市面上的聚偏氟乙烯鋰電池粘結劑產品存在的普遍問題是分子量分布較寬，以同樣百分含量的PVDF溶液粘度來看，分子量分布窄的具有相對較高的粘度，也就是說具有相對較高的粘結性能。另外，聚偏氟乙烯為半結晶性聚合物，結晶度一般為40％左右，結晶溫度在140℃附近，對于PVDF結晶度來說，一方面，結晶度越高，離子在遷移就越困難，容易導致電池內阻升高，另一方面，聚偏氟乙烯的結晶度越高，離子在極片中遷移就越困難，導致電池內阻升高，同時結晶度越高電極內部應力使電極活性物質從集電體上部分或全部剝離，引起容量變劣，因此，合適的結晶度對電池性能有一定的影響。

發明內容

針對以上缺陷，本發明的是提供一種提高鋰電池硅電極循環穩定性的粘結劑的制備方法，將丙烯酸、去離子水、石墨烯包覆的鉬酸鈷網狀納米片、羧甲基纖維素和光引發劑混合均勻后，然后通過原位聚合的方法直接紫外光致交聯，獲得一種含聚丙烯酸鈉接枝的羧甲基纖維素共聚物的粘結劑。本發明通過在粘結劑中添加了石墨烯包覆的鉬酸鈷網狀納米片，利用該材料的網絡結構，能夠有效的防止納米硅顆粒在循環過程中發生移動，保持電極結構穩定，有利于電極的循環穩定性。

為解決上述技術問題，本發明的一種提高鋰電池硅電極循環穩定性的粘結劑的制備方法，包括以下步驟：