[發明專利]一種極片用粘結劑及其制備方法、硅基極片、鋰離子電池

有效

• 申請號: 201811076291.7
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN110911642B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 王永勤;薛旭金;羅傳軍;辛婉婉;楊明霞;楊朝霞;施秀華;施翠蓮;陳迪;繆立華
• 申請（專利權）人: 多氟多化工股份有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡云飛

本發明具體涉及一種極片用粘結劑及其制備方法、硅基極片、鋰離子電池，屬于鋰離子電池技術領域。本發明的極片用粘結劑為聚丙烯酰氯和聚丙烯酰胺的交聯產物。該粘結劑含有大量的亞氨基官能團，可與活性物質和導電劑顆粒表面的羥基形成氫鍵，使得各種顆粒緊密地連為一體從而有效地維持整個電極的導電性。同時，本發明的粘結劑內部結構為三維網絡結構，用于硅基極片時可解決電池充放電過程中硅基極片因體積反復變化而帶來的不利影響，提高鋰離子電池的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種極片用粘結劑及其制備方法、硅基極片、鋰離子電池。

背景技術

當前，由于硅的理論比容量(4200mAh/g)遠大于石墨的理論比容量(372mAh/g)，并且自然界中的硅資源非常豐富，因此硅材料被認為是最有希望取代石墨成為下一代鋰離子電池負極材料。但是，當硅材料作為鋰離子電池負極材料時伴隨著鋰離子電池的充放電過程硅材料會發生嚴重的膨脹和收縮，從而導致電極材料上面的活性物質脫落，影響電池的循環穩定性。

粘結劑是鋰離子電池中一個不可或缺的組成部分，研究表明電極所用粘結劑對于電極的性能有著非常大的影響。若粘結劑粘結強度不足，則會對電極極片及電池性能有很大的影響。粘結劑主要有兩個作用：第一，粘結劑將電極極片的各個組分如集流體、活性物質、導電添加劑等粘結在一起形成穩定的極片結構，同時使得導電添加劑和活性物質更好的接觸形成良好的導電網絡；第二，粘結劑可以降低電極材料在電池充放電過程中的體積變化的影響。

申請公布號為CN107611344A的中國專利申請公開了一種雙重交聯粘結劑，該雙重交聯粘結劑包括聚丙烯酸和二異氰酸酯。通過在室溫條件下實現二異氰酸酯與聚丙烯酸的羧基發生縮聚反應，對聚丙烯酸形成的具有網絡結構的聚合物粘結劑起到進一步的穩固作用，實現了雙重交聯。該雙重交聯粘結劑在低能耗的情況下減小了充放電過程中硅負極體積反復變化的影響，使得電池容量衰減量小。但是聚丙烯酸聚合鏈上的羧基數量較多，容易在二異氰酸酯的作用下在同一聚合鏈上發生自聚反應，從而影響反應產物的網絡結構，最終影響粘結劑的粘結強度以及粘結后極片的導電性。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種極片用粘結劑，該粘結劑具有較高的粘結強度，可使極片具有較好的導電性。

本發明的第二個目的在于提供一種上述極片用粘結劑的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種硅基極片，該硅基極片采用上述粘結劑，具有較好的導電性能。

本發明的第四個目的在于提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池采用上述硅基極片作為工作電極，具有較好的循環穩定性。

為實現上述目的，本發明的極片用粘結劑所采用技術方案是：

一種極片用粘結劑，該粘結劑為聚丙烯酰氯和聚丙烯酰胺的交聯產物。

聚丙烯酰胺中酰胺基具有較強的親核性，可以與聚丙烯酰氯中的酰氯基發生縮合反應，脫去HCl小分子生成具有三維網狀結構的大分子物質，即交聯產物。交聯產物的重均分子量約為10³～10⁵，該交聯產物的通式為：

為了使聚丙烯酰氯完全反應，聚丙烯酰胺可以采用等量或過量。優選的，聚丙烯酰氯中酰氯基和聚丙烯酰胺中酰胺基的摩爾比為0.8～1：1。

本發明的上述極片用粘結劑的制備方法采取的技術方案為：

一種上述極片用粘結劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)在保護氣氛下，聚丙烯酸和亞硫酰氯反應得聚丙烯酰氯；

(2)在保護氣氛下，聚丙烯酰氯與聚丙烯酰胺反應得粘結劑。