[發(fā)明專利]一種鋰離子電池硅基負極用粘結劑及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109411757A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 郭再萍;毛建鋒;孫偉;趙海敏;何文祥;周翠芳
• 申請（專利權）人: 天能電池集團有限公司;浙江天能能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/1395;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 韓聰

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池硅基負極用粘結劑及其制備方法和應用，屬于能源材料技術領域。所述粘結劑以質量百分比計，其組成包括：線型高分子10?80％、導電高分子10?60％、自修復高分子10?60％。本發(fā)明提供的復合粘結劑通過對線型高分子，導電高分子和自修復高分子進行交聯(lián)改性，得到由剛柔結合的鏈和鍵組成的三維網(wǎng)絡結構，其在具有較好粘附性和機械性能的同時兼?zhèn)鋵щ娦院妥孕迯托裕瑢⑵溥\用在鋰離子電池硅基負極材料中可以增加電極材料和集流體之間的粘附性，容納材料在充放電循環(huán)過程中的大的體積變化，而且可使硅顆粒在多次循環(huán)和粉化后仍能保持導電性和循環(huán)后產(chǎn)生的裂紋實現(xiàn)自修復，提升整個電極結構的導電性和穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及能源材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池硅基負極用粘結劑及其制備方法和在硅負極制備中的應用。

背景技術

隨著人們對鋰離子電池性能的要求日益提高，傳統(tǒng)以石墨(372mAh/g)為負極的鋰離子電池無法滿足人們的需求，發(fā)展高容量硅(4200mAh/g)為負極的鋰離子電池成為科研界和工業(yè)界的目標。然而，硅在充放電過程中由于鋰離子的嵌入和脫出表現(xiàn)出巨大的體積變化(大于300％)，從而導致電極活性物質的粉化和從集流體脫落，進而使電極失去電接觸，使得電極容量快速衰減，這嚴重抑制了硅負極材料的發(fā)展和商業(yè)化應用。

粘結劑是鋰離子電池正負極的重要組成部分，在電極中，粘結劑負責將活性物質、導電炭黑以及集流體連接起來，以保證電極在充放電行為中的結構和電化學穩(wěn)定性。同時粘結劑還應具有足夠的彈性能緩解電池在充放電過程中的膨脹與收縮而粉化脫落。這樣，粘結劑的選擇和使用對于硅負極的電化學性能具有顯著的影響。

目前鋰離子電池電極材料中常用的粘結劑聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)等在粘結力、極片的平整性和抑制極片的膨脹方面的效果有限，也無法完全解決硅材料存在的問題。因此發(fā)展新的合適的應用于硅負極的粘結劑具有重要意義。

CN103074007A公開了一種水性粘結劑，包含羰基化β-環(huán)糊精、聚3，4-乙撐二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽、阿拉伯膠中的一種或幾種的混合，該粘結劑表現(xiàn)出與硅材料之間良好的黏性和接觸性。

CN106129416A公開了一種導電粘結劑，包含導電高分子，交聯(lián)劑，和摻雜劑。對比傳統(tǒng)粘結劑，該導電粘結劑兼有粘結劑和導電添加劑的雙重功能，可部分解決傳統(tǒng)導電添加劑引起的導電問題，并減少非活性物質在電極中占比，提升電池比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

CN104559173B公開了一種自修復高分子材料粘結劑，由于粘結劑的自修復特性，能在一定程度修復電極顆粒間的裂紋及碎裂，因此能夠減緩電極循環(huán)容量的衰減，提升電機循環(huán)穩(wěn)定性。

上述粘結劑，要么增加了粘結性，要么具有不錯的彈性，要么提高了導電性，要么引入了自修復特性，但是還不能把所有這些特性集一身，從而這些粘結劑雖然能部分提高硅電極的性能，但是無法完全克服體積膨脹效應。

隨著硅基負極材料的不斷發(fā)展，未來粘結劑應向復合化方向發(fā)展，應同時考慮到其粘結特性，抗拉強度，導電特性，自修復特性等等。從而使粘結劑更有效的緩解硅在充放電過程中的體積膨脹與性能改變，以獲得更優(yōu)異的循環(huán)性能，進而使未來的硅基鋰離子電池商用化成為可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有多重網(wǎng)絡結構且兼具導電和自修復特性的多功能聚合物復合粘結劑，旨在解決鋰離子電池硅基負極存在的導電性差、大體積膨脹、易粉化脫落，從而導致容量快速衰減的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池硅基負極用粘結劑，以質量百分比計，其組成包括：線型高分子10-80％、導電高分子10-60％、自修復高分子10-60％。