[發明專利]一種鋰電池電極粘結用硅氧烷低聚物及其制備方法

有效

• 申請號: 201910089229.X
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109929113B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 張群朝;史明慧;孫麗麗;蔣濤;郝同輝
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: C08G77/24
• 分類號: C08G77/24;C08G77/08;H01M4/62
• 代理公司: 福州市景弘專利代理事務所(普通合伙) 35219
• 代理人: 林祥翔;黃以琳

本發明公開一種鋰電池電極粘結用硅氧烷低聚物及其制備方法，其制備方法包括：先采用溶劑法將硅烷、催化劑和溶劑進行分子級別的相容；再設計運用管式靜態混合器將硅氧烷與水接觸時均一地定計量反應，制備得到分子量分布窄的硅氧烷低聚物。本發明鋰電池電極粘結用硅氧烷低聚物制備方法簡單，成本低、環境友好、方便工業化。所述制備的鋰電池電極粘結用硅氧烷低聚物可提升鋰電池的高相容性、耐高低溫、穩定的充放電效率和粘結性。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，尤其涉及一種鋰電池電極粘結用環保型硅氧烷低聚物及其制備方法。

背景技術

隨著新能源電動汽車快速發展，鋰電池作為電動汽車的心臟，其相關的電解質、正負極材料以及電極粘結材料等性能提升是迄今為止研究的熱點和難點。硅氧烷低聚物因結構中含更少的烷氧基基團和高交聯的官能度而賦予其低VOC和高交聯功效被廣泛用作改性聚合物材料。

鋰電池電極粘結材料通常采用聚丙烯酸(PPA)、聚丁苯膠(SBR)、聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物材料。然而，由于PPA和SBR結構中含親水的羧基基團或非離子基團，電池在初次充放電過程中消耗大量的鋰離子，進而導致較大的不可逆容量損失；同時，羧基基團或非離子基團熱穩定性差，在較高溫度范圍內會發生不可逆的脫羧基化或低分子醚鍵斷裂反應，這大大降低電池的高溫循環和存儲性，導致電池高溫脹氣等問題。另一方面，PVDF作為正極材料存在化學不穩定性和相容性差缺陷，在含硅電極中存在不良的電化學循環行為，因此，發展高相容性、耐高低溫、穩定的充放電效率和環保的電解粘合劑迫在眉睫。

美國專利US20080187838A1描述了一種用氫氧化鋰中和PPA中的羧基，達到降低鋰電池首次充放電過程中不可逆容量損失的效果。然而，因中和產生的鋰鹽具有較高的親水性，使得極片難以徹底干燥而會對電池的循環性造成很大的損害。專利EP2432056A1描述了一種聚乙烯醇修飾的PPA作為鋰離子電池負極材料的粘結劑，然而，該粘合劑具有較弱的導鋰電子能力，當用量較大時，會引起內阻急劇升高，進而引起充放電效率和倍率降低等技術難題。

專利名稱為《一種鋰離子電池硅基負極粘結劑及含有該粘結劑的負極片的制備方法》，專利號為201711115995.6的發明專利，其描述了一種SBR型粘結劑，因該體系SBR添加量少、與活性物質和集流體之間的粘結力強而廣泛用于負極材料體系粘結，但SBR的粒徑范圍為50～300nm,很容易在負極上反復膨脹導致與體系脫離接觸，破壞導電體系的完整性，循環性能大幅降低。

美國專利US5776637描述一種PVDF型粘結劑，對電極材料顆粒具有良好不可逆的粘附性，可保證電極在充放電循環過程中能夠承受大體積的膨脹和收縮而不損傷電極內部的相互連接性，可實現電子的順利跨越。然而，這些基于有機溶劑的粘結劑存在很多缺陷，PVDF型粘合劑需要采取大量的NMP溶劑溶解，往往在10～20％濃度的PVDF時，漿料顯示一種反常的高粘度行為，這使得電極組合物很難制備，同時，因采用NMP做溶劑，一方面，難以揮發，耗時，工藝繁雜；另一方面，有機溶劑有毒且易燃，引起環境污染和安全問題。

美國專利US20120153219描述了一種聚醚改性硅氧烷粘結劑，克服了上述極性和非極性鋰電池電極粘結的分子結構不足，不僅賦予了良好的鋰離子遷移的能力，而且與電極間具有較好的粘結穩定性能，但該方法采用是硅氫加成手段，若不采用加熱硫化的方法，硫化徹底需要72小時以上，這限制了其廣泛應用的基礎。

綜合上述，目前急需設計出一種鋰電池電極粘結材料，可克服在苛刻條件下的使用缺陷。

發明內容

為了克服現有技術不足，本發明的目的是提供一種可提升鋰電池的高相容性、耐高低溫、穩定的充放電效率、粘結性和環境友好的鋰電池電極粘結用環保型硅氧烷低聚物及其制備方法。

為實現上述目的，發明人提供了一種鋰電池電極粘結用硅氧烷低聚物，其結構如式I所示：