[發明專利]一種適用于鋰離子電池硅基負極材料的水性導電粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201811621848.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109728303B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 顧卓韋;余方苗;周昶吉
• 申請（專利權）人: 浙江中科立德新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;C08F2/20;C08F120/06;C08G61/12
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

本發明涉及一種適用于鋰離子電池硅基負極材料的水性導電粘結劑及其制備方法，制備方法包括以下步驟：(1)準備原料；(2)按質量份數配比，在反應容器中將可交聯前驅體丙烯酸類單體、殼聚糖和苯乙烯磺酸鈉溶于去離子水，加入第一引發劑，在氮氣氣氛和70℃～90℃條件下反應2～4小時，合成中間體溶液；(3)按質量份數配比，在步驟(2)得到的中間體溶液中加入3,4?乙烯二氧噻吩，然后逐滴加入第二引發劑，維持在30～40℃，聚合3～6小時，得到所需的水性導電粘結劑。與現有技術相比，本發明的優點在于：高電導率、高附著力、粘度適中以及分散性好。

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池技術領域，具體指一種適用于鋰離子電池硅基負極材料的水性導電粘結劑及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其具有能量密度高、循環性能好、自放電率低、環保無污染等優點，已成規模地應用于手機、筆記本電腦等便攜式電子設備，并逐步向電動汽車、航天航空以及儲能系統等領域發展。新的應用場景對鋰離子電池的比容量、倍率特性、循環壽命等性能提出了更高的要求。鋰離子電池的性能很大程度上取決于組成電池的正負極材料。傳統石墨負極材料的實際比容量已經接近其理論比容量372mAh/g，難以滿足市場對高容量負極日益增長的需求。與此同時，備受期待的硅基復合負極材料因最高理論比容量可達4200mAh/g而成為當今世界的研究熱點。

硅碳負極材料比較傳統石墨負極的優勢在于比容量大幅度提高，但是目前依舊存在循環性能不理想的問題。在進行電化學反應的同時，伴隨著多個鋰離子的脫嵌，自身產生了巨大的體積變化，容易粉化、剝落、刺穿隔膜，使得電池結構遭到嚴重破壞，進而導致循環比容量的迅速下降。

為了抑制這些缺陷，研究者做了許多努力。例如專利申請號為CN201210222548.1(公告號為CN102769121A)的發明專利《硅碳負極極片及其制作方法、鋰離子電池及其制作方法》將石墨作為活性層與集流體之間的緩沖層，降低硅顆粒體積變化帶來的沖擊。但由于石墨具有自潤滑性，不易附著；且所使用的粘結劑與分散劑均缺乏導電能力，因此容易使極片產生較大內阻，不利于電池性能的發揮；專利申請號為CN201510737797.8(公告號為CN105406039A)的發明專利《一種硅碳負極漿料及其制備方法》以炭黑Super-p和單臂碳納米管懸浮乳液為導電添加劑，但單臂碳納米管表面能大，極易團聚，電導效果依賴分散過程而不夠穩定，進而影響極片的電化學性能。

另外，現有的鋰離子電池負極水性粘結劑如丁苯橡膠乳液、聚丙烯酸類高分子等，由于自身電導率低，必須配合導電劑和分散劑使用；聚(3，4-乙撐二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(以下簡稱為PEDOT：PSS)屬于水溶性良好的導電高分子，常作為固態導電水凝膠的基體，但它在溶液狀態下與聚合物粘結劑直接混合時，通常因為溶液環境變化而失穩團聚、沉降。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種高電導率、高附著力、粘度適中以及分散性好的適用于鋰離子電池硅基負極材料的水性導電粘結劑的制備方法。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種高電導率、高附著力、粘度適中以及分散性好的適用于鋰離子電池硅基負極材料的水性導電粘結劑。

本發明解決第一個技術問題所采用的技術方案為：一種適用于鋰離子電池硅基負極材料的水性導電粘結劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)按以下質量份數準備原料：可交聯前驅體丙烯酸類單體60～72份，殼聚糖10～20份，苯乙烯磺酸鈉41～103份，去離子水280～420份，第一引發劑0.04～0.28份，3,4-乙烯二氧噻吩4～21份，第二引發劑0.008～0.02份；

(2)按質量份數配比，在反應容器中將可交聯前驅體丙烯酸類單體、殼聚糖和苯乙烯磺酸鈉溶于去離子水，加入第一引發劑，在氮氣氣氛和70℃～90℃條件下反應2～4小時，合成中間體溶液；