[發明專利]一種硅碳負極用粘結劑、硅碳負極片和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202010552553.3
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111668488A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 張群;金文斌
• 申請（專利權）人: 浙江中科玖源新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/13;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 胡亞云

本發明公開了一種硅碳負極用粘結劑，由磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠共混得到；同時本發明還公開了一種硅碳負極片及制備方法和鋰離子電池。本發明以磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠共混作為硅碳負極粘結劑，提高了粘結劑的導電性和電池充放電循環的倍率，同時改善了粘結劑與活性物質的粘接性能，有效避免了充放電過程中粘結劑脫離活性物質的線性，提高了鋰電池的性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種硅碳負極用粘結劑、硅碳負極片和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有綠色、環保、能量密度高、循環壽命長等優點，作為一種先進的儲能設備被廣泛應用，尤其是在新能源汽車領域，高密度動力電池作為汽車的心臟，鋰電池的作用不言而喻。針對鋰電池的研究層出不窮，主要集中在提高電池能量密度、增加循環壽命、提高充放電效率等。目前使用硅負極代替石墨負極使得理論比容量提高了十倍之多，但是硅材料巨大的體積變化率易引起負極材料的粉化，使電池循環穩定性差。而鋰電池負極中的粘結劑起著連接活性物質，保持極片穩定，以緩沖充放電過程中極片的膨脹/收縮，因而粘接劑的選擇對于硅負極的電池性能起著巨大的作用。

目前較常使用的粘結劑有聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡膠、羥甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)等，以上的粘結劑使用時都會存在一些問題，例如粘結性能差、離子傳導困難、電池內阻較高、循環穩定性差等。因此，開發一種具有粘結性能優異、抑制體積膨脹強、離子傳導能力強且循環性能好的硅負極粘結劑已經成為迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明提出了一種硅碳負極用粘結劑、硅碳負極片和鋰離子電池，以磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠共混作為硅碳負極粘結劑，提高了粘結劑的導電性和電池充放電循環的倍率，同時改善了粘結劑與活性物質的粘接性能，有效避免了充放電過程中粘結劑脫離活性物質的線性，提高了鋰電池的性能。

本發明提出的硅碳負極用粘結劑，由磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠共混得到；其中，磺化聚酰亞胺的通式如式1所示：

其中，m為50到1000的任意整數。

優選地，式1中，Ar₁為

優選地，式1中，Ar₂為

本發明提出的一種硅碳負極片的制備方法，包括如下步驟：

S1、將磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠混合后球磨得到粘結劑，加入有機溶劑攪拌混勻得到粘結劑膠液；

S2、向步驟S1所得的粘結劑膠液中加入硅碳復合材料、導電劑，混合均勻制得負極漿料；

S3、將負極漿料均勻涂覆在集流體上，真空干燥后輥壓得到硅碳負極片。

優選地，步驟S1中，磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠的重量比為30-50：50-70。

優選地，磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠的重量比為40：60。

優選地，有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或兩種以上混合物。

優選地，粘結劑膠液的濃度為5-30wt％。

優選地，粘結劑膠液的濃度為5-15％wt％。

優選地，在20-40℃下，以1000-3000r/min轉速攪拌24-32h。

優選地，步驟S2中，硅碳復合材料、導電劑、粘結劑膠液的重量比為90：5：5。

優選地，硅碳復合材料為硅基材料和碳基材料的混合物。

優選地，碳基材料為硬碳、軟碳、天然石墨以及人造石墨中的一種或兩種以上混合物；硅基材料為微米硅、納米硅、氧化亞硅以及氧化硅中的一種或兩種以上混合物。