[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負極粘結(jié)劑及鋰離子電池負極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910550041.0
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110350195B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李平;孫森;何冬林;曲選輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/1395;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池負極粘結(jié)劑及鋰離子電池負極的制備方法，屬于鋰離子電池領(lǐng)域。所述的粘結(jié)劑是由商業(yè)化的聚丙烯酰胺進行交聯(lián)改性后應(yīng)用于鋰離子電池硅基負極；改性后的交聯(lián)粘結(jié)劑具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以提升電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進而改善鋰離子電池的性能。鋰離子電池負極包括硅基負極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，電極中交聯(lián)三維網(wǎng)狀粘結(jié)劑的重量百分比為1～30％。本發(fā)明使用的原料為水溶性原料，具有無毒無害等特點，在生產(chǎn)過程中對生態(tài)環(huán)境及人體無危害；本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡便，可顯著降低生產(chǎn)成本，具有較好的市場潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池負極粘結(jié)劑及鋰離子電池負極的制備方法。

背景技術(shù)

隨著新能源領(lǐng)域的飛速發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于便攜電子產(chǎn)品、純電動汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。硅材料的理論容量為4200mAh/g，成為下一代負極材料的研究重點，但由于硅在充放電過程中會發(fā)生巨大的體積膨脹會嚴重破壞電池的循環(huán)性能而極大的限制了應(yīng)用。因此，控制硅材料在充放電過程中的體積膨脹是改善鋰離子電池性能的關(guān)鍵。

粘結(jié)劑作為鋰離子電池電極的關(guān)鍵組成部分，主要作用是將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑粘附在集流體上，性能優(yōu)良的粘結(jié)劑能夠在一定程度上緩解電極材料的體積效應(yīng)。目前行業(yè)中常用的粘結(jié)劑主要為聚偏氟乙烯(PVDF)，使用有機溶劑N甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，具有一定的毒性，對人體和環(huán)境有不利影響，且粘結(jié)劑為直鏈結(jié)構(gòu)，對硅基材料的束縛力較差，因此不能有效的抑制硅材料在充放電過程中的體積膨脹，使電池在循環(huán)過程中容量迅速衰減。

近年來，國內(nèi)外研究表明羧甲基纖維素鈉(CMC)，聚丙烯酸(PAA)，海藻酸鈉(SA)，聚乙烯醇(PVA)，殼聚糖及其衍生物等一系列水溶性高分子作為硅基負極粘結(jié)劑具有一定優(yōu)勢。這些水溶性高分子聚合物通常具有豐富的官能團，能夠與活性材料形成強的相互作用，從而提高活性材料和粘結(jié)劑的粘附能力。但是通常這類水溶性高分子為長直鏈結(jié)構(gòu)，當(dāng)硅顆粒發(fā)生劇烈的體積變化時，不能有效的緩解其體積效應(yīng)，最終造成材料的粉化、剝離等，使電極失去完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而造成容量損失。因此粘結(jié)劑通過官能團分子之間共價鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效的緩解活性物質(zhì)的體積效應(yīng)，從而提高電極的電化學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池硅基負極粘結(jié)劑的制備方法，本發(fā)明通過化學(xué)交聯(lián)制備一種三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)粘結(jié)劑。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用所述交聯(lián)三維網(wǎng)狀粘結(jié)劑制備的硅基負極電極。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鋰離子電池負極粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑是交聯(lián)三維網(wǎng)狀粘結(jié)劑，由原料聚丙烯酰胺和聚丙烯酸按照一定比例混合均勻后，在室溫下通過交聯(lián)劑的作用下進行化學(xué)交聯(lián)，從而得到三維網(wǎng)狀粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)為：

進一步地，所述的聚丙烯酰胺為分子量400w及以上的陰離子型聚合物。

進一步地，所述的聚丙烯酸為分子量50～400w及以上的聚合物。

進一步地，所述聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的組成比例為30～70％:70～30％。

進一步地，所述的交聯(lián)引發(fā)劑為碳酰二亞胺鹽酸鹽、N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、N-羥基丁二酰亞胺、過氧化二異丙苯、二亞乙基三胺等中的一種或幾種。

一種采用上述粘接劑制備鋰離子電池硅基負極電極的方法，負極電極包括硅基負極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑為上述的鋰離子電池用交聯(lián)三維網(wǎng)狀粘結(jié)劑，所述硅基負極材料為納米硅粉，所述電極中交聯(lián)三維網(wǎng)狀粘結(jié)劑的重量百分比為1～30％。制備步驟如下：

(1)將上述的硅基負極、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合，加入適量的蒸餾水，將漿料攪拌混合均勻并調(diào)整漿料合適的粘度；