[發明專利]一種硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010614009.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111653787B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 羅宗武;袁麗只;米吉福;邵樂;田占元
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;C08F120/06;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

一種硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑及其制備方法，按質量份數計，將5～13份的聚丙烯酸、20～50份的水以及1～5份的含有三羥基結構的多元醇加入到反應容器中，攪拌均勻后升溫至65～80℃，加入0.01～0.1份的引發劑，保溫反應60～180min后加入50～60份的水，然后在20～50℃下攪拌180～360min即可。本發明中多羥基的結構和聚丙烯酸鏈上的羧基通過氫鍵作用，產生網狀交聯，不僅提高了聚丙烯酸粘結劑的加工性能，而且使得本發明制備的粘結劑在硅負極使用時，提高極片剝離強度，網絡體系將活性物質牢牢裹住，緩解鋰離子電池充放電過程中的體積效應，提高壽命，延長循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料領域，尤其涉及一種硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑及其制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池在混合動力電動汽車和純電動汽車中的逐漸應用，人們越來越關注其續航里程，對高能量密度的鋰離子電池需求剛增。目前商業化的石墨類負極材料理論比容量只有372mAh/g，改性空間已到瓶頸，無法達到市場要求。新的硅(Si)基負極材料理論比容量4200mAh/g，其比容量高、脫嵌鋰平臺適宜，是一種理想的鋰離子電池高容量負極材料。但是在充放電過程中，Si的體積變化達到300％以上，劇烈的體積變化所產生的內應力容易導致電極粉化、剝落，影響循環穩定性。

為了解決這一問題，新型的高效粘結劑逐漸成為人們的研究熱點。聚丙烯酸(PAA)分子結構上含有數目較多的羧基(-COOH)，可以和硅顆粒表面的氧化層羥基(-OH)形成共價鍵，其作為硅基粘結劑已有很多熱門的研究。但線型的PAA分子鏈剛性較強，制漿涂布后極片加工性能較差。

發明內容

為克服現有技術中的問題，本發明的目的是提供一種硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑及其制備方法，以提高極片剝離強度，提高電池循環壽命。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑的制備方法，按質量份數計，將5～13份的丙烯酸、20～50份的水以及1～5份的含有三羥基結構的多元醇加入到反應容器中，攪拌30～120min后，升溫至65～80℃，然后加入0.01～0.1份的引發劑，在65～80℃下保溫反應30～180min后加入30～60份的水，然后在20～50℃下攪拌180～360min，得到硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑。

本發明進一步的改進在于，含有三羥基結構多元醇的結構式為：

其中，R₁為烷基；R₂、R₃、R₄為烷基、烷氧基或環烷烴基。

本發明進一步的改進在于，R₁為C1～C4的直鏈或者支鏈的烷基，R₂、R₃、R₄為C1～C5的直鏈或者支鏈的烷基、C1～C5的直鏈或者支鏈的烷氧基或C1～C5的環烷烴基。

本發明進一步的改進在于，含有三羥基結構的多元醇的M_w＝1000～3000。

本發明進一步的改進在于，引發劑為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨與偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽中的一種。

一種根據上述方法制備的硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑，硅基負極三維網狀聚丙烯酸粘結劑的剝離強度為15.5-25.1N/m。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果：