[發明專利]鋰離子電池、硅負極水系粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201811236784.2
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109473677B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 何厚剛;張耀;陳輝;陽錚
• 申請（專利權）人: 欣旺達電子股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市明日今典知識產權代理事務所(普通合伙) 44343
• 代理人: 王杰輝

本發明公開了一種鋰離子電池、硅負極水系粘結劑及其制備方法，包括以下步驟：將無機納米粒子與硅烷偶聯劑反應得到改性無機納米粒子；將改性無機納米粒子銨鹽化并將其溶液脫水和乙醇，烘干得到改性無機納米粒子膠狀物。將低聚物多元醇和異氰酸酯，在一定條件下加入一定量的擴鏈劑，反應后得到聚氨酯預聚體，將聚氨酯預聚體加水乳化得到水性聚氨酯低聚物。將水性聚氨酯低聚物、改性無機納米粒子膠狀物與聚丙烯酸溶液反應交聯后得到鋰離子電池硅負極材料。本發明的有益效果：通過在改性無機納米粒子上引入水性聚氨酯低聚物，解決負極片的硬脆性，增加了其加工柔韌性，增強粘結劑整體的粘結力；引入了銨根陽離子基團，增加了電芯的循環能力。

技術領域

本發明涉及新能源領域，具體涉及一種鋰離子電池、硅負極水系粘結劑及其制備方法。

背景技術

硅負極的理論克容量將近是石墨的10倍，能顯著提高電池能量密度，但是硅負極在嵌鋰后體積會膨脹大于300％，周期的循環應力會使得硅粒子粉化，使得電芯循環能力較差?，F有技術中，使用硅碳負極作為鋰電池的負極，硅碳負極為石墨與氧化亞硅或者硅粒子復合材料，目前硅碳負極使用的粘結劑主要是改性PAA類和PI類，PAA類玻璃化程度高，粘結力低，成膜硬脆，易發生不可逆的折斷，PI類需要200℃以上的高溫進行烘烤，生產成本較高，不利于大規模生產。

發明內容

本發明的主要目的為提供一種鋰離子電池、硅負極水系粘結劑及其制備方法，解決了PAA類粘結劑成膜硬脆性，粘結力過低，循環性能差的問題。

本發明提出硅負極水系粘結劑的制備方法，包括以下步驟：

將無機納米粒子與硅烷偶聯劑在一定溫度T1下反應一定時間t1，得到改性無機納米粒子；

將所述改性無機納米粒子銨鹽化得到其溶液，并將其溶液脫水和脫乙醇，在一定條件下烘干得到改性無機納米粒子膠狀物；

將所述改性無機納米粒子膠狀物在一定溫度T5下與水性聚氨酯低聚物反應一段時間t4后得到一定粘度的聚合物A溶液，將所述聚合物A溶液與一定分子量的聚丙烯酸溶液在一定溫度T6的條件下反應一段時間t5后得到硅負極水系粘結劑。

優選地，所述無機納米粒子為SiO₂、TiO₂、ZnO、石墨烯，碳納米管及量子點中的一種或其混合物。

優選地，所述水性聚氨酯低聚物由以下步驟制得，

稱取一定量的低聚物多元醇和異氰酸酯，并將所述低聚物多元醇和所述異氰酸酯在一定溫度T2并通有惰性氣體的條件下攪拌一定時間t2后冷卻至一定溫度T3，加入丙酮，再加入一定量的擴鏈劑，在一定溫度T4下反應一段時間t3后得到聚氨酯預聚體；

將所述聚氨酯預聚體在一定的攪拌速率的條件下加入去離子水，再在50℃的真空環境下脫去丙酮，得到水性聚氨酯低聚物。

優選地，所述低聚物多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一種或其混合物；所述聚酯多元醇包括聚己二酸丁二醇酯二醇、聚-ε-己內酯多元醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸己二醇新戊二醇酯二醇中的一種或其混合物，所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯二醇，聚氧化丙烯三醇，聚氧化丙烯四醇，聚氧化丙烯五醇及聚四氫呋喃二醇中的一種或其混合物。

優選地，所述溫度T1為70℃～80℃、所述溫度T2為80℃～85℃、所述溫度T3為40℃～45℃、所述溫度T4為50℃～55℃、所述溫度T5為70℃～95℃、所述溫度T6為70℃～80℃，所述時間t1為72h～80h、所述時間t2為2h～2.5h、所述時間t3為2h～2.5h、所述時間t4為2h～3h、所述時間t5為3h～4h。

優選地，所述硅負極水系粘結劑由以下質量百分數的組分的混合物制得，以下各組分質量含量的總和為100％，

改性無機納米粒子膠狀物1％～2％，