[發明專利]粘結劑、負極和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010627381.1
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN113889621B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 袁濤;馬永軍;郭姿珠
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/131;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明涉及鋰離子電池負極材料用粘結劑領域，公開了一種粘結劑、負極和鋰離子電池，該粘結劑包括羧基改性的聚乙烯醇和/或羧基改性的聚乙烯醇共聚物；所述羧基改性的聚乙烯醇具有式(1)或式(2)所示的結構，所述羧基改性的聚乙烯醇共聚物具有式(3)或式(4)所示的結構，其中，x₁、x₂、x₃、x₄各自獨立地為大于0且小于0.5的數，a₁、a₂各自獨立地為0.1?0.5范圍內的數；R₁、R₂各自獨立地選自取代或未取代的?(CH₂)_f?、?CH₂?Y₁?CH₂?或?CH₂?(CH₂Y₂CH₂)_j?CH₂?。本發明通過將該羧基改性的聚乙烯醇或羧基改性的聚乙烯醇共聚物用于鋰離子電池，能夠有效緩沖負極的體積變化，保持電極結構穩定，提高電池的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料用粘結劑領域，具體涉及一種粘結劑、由該粘結劑制備的負極以及由該負極制備的鋰離子電池。

背景技術

近年來，鋰離子電池被學術界和產業界視作是電動汽車和大型儲能設備電池系統的理想選擇。作為電池的重要組成部分，目前商品化二次電池的負極材料是石墨或者以石墨為前軀體合成的各種碳材料，但是其理論比容量值僅為372mAh/g，遠遠無法滿足電動汽車對高比容量電池的需求。因此開發新型且可靠的二次電池負極材料成為高性能二次電池發展的技術瓶頸。

硅作為二次電池的負極材料，其具有最高的質量比容量(約為4200mAh/g)，逐漸成為一種較為理想的二次電池負極材料。然而硅在鋰離子嵌入/脫出過程中會產生巨大的體積變化，容易導致部分硅顆粒與導電劑或集流體分離，造成活性物質的損失，進而使電池容量快速衰減，循環穩定性變差，制約了其商業化應用。

粘結劑是二次電池正負極的重要組成部分，在充放電過程中，粘結劑起到維持電極結構完整，確保電池正常重復運行的作用。長期以來，在鋰離子電池領域的研究和實際生產中，主要采用聚偏氟乙烯(PVDF)作為粘結劑，然而僅通過范德華力與硅粘結的PVDF不足以提供穩定的循環性能。同時采用PVDF作為粘結劑時使用的有機溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)易揮發、易燃、易爆，毒性大，回收費用高，不符合經濟環保的要求。因此，水性粘結劑是鋰離子電池粘結劑發展的一個重要方向。

鋰離子電池用的水性粘結劑主要為：丁苯橡膠(SBR)/羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸鈉(NaAlg)、聚乙烯醇(PVA)等。采用SBR作為粘結劑，必須同時添加CMC作為增稠劑，但CMC粘性一般，且脆性大、柔性差，充放電時極片易龜裂。采用PAA作為粘結劑，由于該聚合物玻璃化轉變溫度高，在常溫下較硬，由此類粘結劑制備的極片在脫嵌鋰過程中會由于活性物質的體積變化而導致粘結劑的破裂，活性物質從極片的脫落。采用PVA作為粘結劑，由于該聚合物只含有羥基，無法與硅負極形成強的相互作用，并且該聚合物容易結晶，導致由該粘結劑制備的極片上的活性物質極易脫落。

因此，迫切需要開發具有高粘接性和柔韌性的聚合物粘結劑，以保持電極結構穩定，提高電池循環壽命。

發明內容

本發明的目的是為了克服使用現有粘結劑的電極結構不穩定、電池循環性能差的問題，提供一種粘結劑、由該粘結劑制備的負極以及由該負極制備的鋰離子電池。該負極所采用的粘結劑為含有羧基改性的聚乙烯醇和/或羧基改性的聚乙烯醇共聚物，其可與負極活性材料形成強的作用力，有效緩沖負極的體積變化，從而保持電極的電連接和完整性，使得電極結構穩定，提高電池的循環性能。