[發(fā)明專利]一種硅基負(fù)極粘結(jié)劑、其制備方法及在鋰離子電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911082151.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110797538B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李輝;侯桃麗;王輝;胡志海;廖濤;陳軍;何巍;劉金成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北億緯動(dòng)力有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M10/0525;C08G81/02;C08F212/08;C08F220/06;C08F220/18
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種硅基負(fù)極粘結(jié)劑、其制備方法及在鋰離子電池中的應(yīng)用。所述硅基負(fù)極粘結(jié)劑的制備方法包括：制備改性銅絲；然后利用改性銅絲制備得到第一端基功能化聚合物；利用改性銅絲制備第二端基功能化聚合物；利用第一端基功能化聚合物和第二端基功能化聚合物制備兩嵌段共聚物；利用兩嵌段共聚物制備兩親性嵌段共聚物；制備乳液材料；最后利用兩親性嵌段共聚物和乳液材料制備硅基負(fù)極粘結(jié)劑。本發(fā)明所述方法制備的粘合劑具有一定程度的補(bǔ)鋰作用；而且制備過(guò)程可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化配比來(lái)達(dá)到精準(zhǔn)合成；且具有低添加量，可有效抑制硅基負(fù)極膨脹，提升硅基負(fù)極的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅基負(fù)極粘結(jié)劑、其制備方法及在鋰離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

動(dòng)力電池已然成為新能源汽車(chē)關(guān)鍵零部件，成本占比可高達(dá)40％以上，與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，電動(dòng)車(chē)更加環(huán)保，也得到國(guó)家的大力支持，當(dāng)前，長(zhǎng)續(xù)航，高安全動(dòng)力電池逐漸成為市場(chǎng)主流，由于硅材料的理論克容量高達(dá)4200mAh/g，實(shí)際使用的克容量也可大1000mAh/g以上，因此當(dāng)動(dòng)力電池單體能量密度高于300Wh/kg時(shí)，就需要用到硅基負(fù)極。

但是硅基負(fù)極有一定的缺陷，硅基負(fù)極再充放電循環(huán)過(guò)程中，體積不斷膨脹，最高可膨脹至300％，造成負(fù)極活性物質(zhì)破裂分化，與電解液接觸，SEI不斷的破碎重構(gòu)，消耗大量電解液，阻抗變大，循環(huán)性能不斷裂化，最終導(dǎo)致電池失效。為了解決上述問(wèn)題，可通過(guò)粘結(jié)劑匹配抑制了硅負(fù)極的體積膨脹，但當(dāng)前硅基使用的粘結(jié)劑添加量較大，嚴(yán)重影響了負(fù)極活性物質(zhì)負(fù)載量，同時(shí)也會(huì)使得導(dǎo)電性和快充性能下降。

CN107959027A公開(kāi)了一種鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑及含有該粘結(jié)劑的負(fù)極片的制備方法。所述粘結(jié)劑由以下方法制備得到：將氧化石墨超聲分散于水中，得到濃度0.5～5mg/mL的氧化石墨烯(GO)的水分散液，再加入改性SBR粘結(jié)劑，GO與改性SBR粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1:10～1:50，攪拌后即得到鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑(GO/改性SBR)。但是所述硅基負(fù)極粘結(jié)劑成本較高，且對(duì)于鋰離子電池的電化學(xué)性能提升效果較差。

CN109935832A公開(kāi)了一種鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑及使用該粘結(jié)劑的負(fù)極片制備方法。所述鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑，包括主粘結(jié)劑及輔助粘結(jié)劑，主粘結(jié)劑為海藻酸鈉，輔助粘結(jié)劑包括羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的至少一種明膠。所述鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑的制備過(guò)程包括：將硅基負(fù)極材料、導(dǎo)電劑、上述硅基負(fù)極粘結(jié)劑和去離子水混合組成負(fù)極活性材料，攪拌得到混合均勻的負(fù)極漿料，調(diào)整負(fù)極漿料的粘度，將得到的負(fù)極漿料涂覆在金屬銅箔表面，干燥得到負(fù)極片。但是所述硅基負(fù)極粘結(jié)劑對(duì)于鋰離子電池的電化學(xué)性能提升效果較差。

因此，本領(lǐng)域需要開(kāi)發(fā)一種新型硅基負(fù)極粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑具有低添加量，可有效抑制硅基負(fù)極膨脹，且提升硅基負(fù)極的循環(huán)性能等優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種硅基負(fù)極粘結(jié)劑、其制備方法及在鋰離子電池中的應(yīng)用。本發(fā)明所述粘結(jié)劑為水溶性粘結(jié)劑，具有低添加量，可有效抑制硅基負(fù)極膨脹，提升硅基負(fù)極的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)；且制備過(guò)程可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化配比來(lái)達(dá)到精準(zhǔn)合成。

本發(fā)明的目的之一在于提供一種硅基負(fù)極粘結(jié)劑的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將銅絲與酸混合，得到改性銅絲；

(2)將所述改性銅絲、第一單體、反應(yīng)配體、第一功能性引發(fā)劑和第一溶劑混合，進(jìn)行第一聚合反應(yīng)，得到第一端基功能化聚合物；

(3)將所述改性銅絲、第二單體、反應(yīng)配體、第二功能性引發(fā)劑和第一溶劑混合，進(jìn)行第二聚合反應(yīng)，得到第二端基功能化聚合物；

(4)將所述第一端基功能化聚合物、第二端基功能化聚合物和第二溶劑混合，熱處理，得到兩嵌段共聚物；

(5)將所述兩嵌段共聚物、氟代有機(jī)酸和第三溶劑混合反應(yīng)，得到兩親性嵌段共聚物；