[發明專利]一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑的制備方法及其產品和應用

在審

• 申請號: 201910765295.4
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110492103A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 陽靖峰;張芳;盧玉英;張道明;王亞坤;焦靖華
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/1395;H01M10/0525
• 代理公司: 31208 上海東亞專利商標代理有限公司
• 代理人: 董梅<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑的制備方法及其產品和應用，該制備方法利用恒電位法對粘結劑進行改性，從而獲得一種新型粘結劑。粘結劑含有主體粘結劑和添加劑。其中主體粘結劑為聚丙烯酸（PAA，分子量10w~300w），添加劑為有機試劑。將聚丙烯酸和添加劑溶解于水中，獲得前驅體，然后將硅碳負極材料加入前驅體中，恒溫攪拌均勻后，將混合好的混合物涂覆在銅箔上，干燥制備成極片，再將極片浸泡在一定濃度的溶液中，采用恒電位法對極片中的粘結劑進行改性，從而獲得新型粘結劑。該新型粘結劑的制備方法可大幅減小硅碳負極在充放電過程中的體積效應，并提高硅碳負極材料的循環壽命。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池硅碳負極材料粘結劑制備技術領域，特別涉及一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑的制備方法及其產品和應用。

背景技術

硅基負極材料由于其具有高比容量（4200mAh/g）而被認為是鋰離子電池領域最能取代石墨負極的材料。然而硅基材料在鋰離子插入和脫出過程中存在體積效應，體積膨脹率高達400%。體積效應會使硅基負極材料發生碎裂，進而會不可逆地消耗電池中的鋰離子，使電池使用壽命迅速減小。

PAA粘結劑是目前公認的能夠明顯改善硅基負極材料循環壽命的粘結劑，其具有羧基基團，可與硅基材料形成氫鍵，從而有效減弱硅的體積效應，提高其循環壽命。但是PAA的粘性會隨著循環次數不斷增加而逐漸變差，最終導致電池失效，因此需要對PAA進行改性。

發明內容

針對目前主流的硅碳負極材料粘結劑PAA粘性會隨著循環次數不斷增加而逐漸變差的情況，本發明的目的在于：提供一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑的制備方法。以減小硅碳負極在充放電過程中的體積效應，并提高硅碳負極材料的循環壽命。

本發明的再一目的在于：提供一種上述方法制備的鋰離子電池硅碳負極粘結劑產品。

本發明的又一目的在于：提供一種上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑的制備方法，利用恒電位法對粘結劑進行改性，包括下述步驟：

（1）將主粘結劑聚丙烯酸（PAA）和添加劑溶解于水中，獲得前驅體溶液，其中，所述添加劑為羧甲基纖維素鈉（CMC）和丁苯橡膠（SBR）中的一種或組合；

（2）將硅碳負極材料與前驅體溶液混合均勻，并將其涂覆在銅箔上制備成負極極片；

（3）將負極極片插入堿金屬化合物溶液，并采用恒電位對負極粘結劑進行改性，從而獲得目標產物。

其中，所述PAA的分子量為10w~300w。

主粘結劑與添加劑質量比為聚丙烯酸：CMC：SBR=1: （0.3~0.5）：（0.3~0.5）。

所述堿金屬化合物溶液為NaCl、LiF、LiCl溶液。

本發明中，采用恒電位對負極粘結劑進行改性的改性電位為1-1.5V（VS鋰正極）。

本發明提供一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑，根據上述任一所述方法制備得到，其中粘結劑含有主體粘結劑和添加劑，主體粘結劑為聚丙烯酸（PAA，分子量10w~300w），添加劑為羧甲基纖維素鈉（CMC）和丁苯橡膠（SBR）中的一種或組合。

本發明還提供一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑在鋰離子電池中的應用。

本發明制備方法利用恒電位法對粘結劑進行改性，從而獲得一種新型粘結劑。粘結劑含有主體粘結劑和添加劑。其中主體粘結劑為聚丙烯酸（PAA，分子量10w~300w），添加劑為有機試劑。將聚丙烯酸和添加劑溶解于水中，獲得前驅體，然后將硅碳負極材料加入前驅體中，恒溫攪拌均勻后，將混合好的混合物涂覆在銅箔上，干燥制備成極片，再將極片浸泡在一定濃度的溶液中，采用恒電位法對極片中的粘結劑進行改性，從而獲得新型粘結劑。