[發(fā)明專利]粘結(jié)劑、粘結(jié)劑的制備方法、電極極片和二次電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011444147.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112680148A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡偉平;范鑫銘;陳志勇;王瀟晗;駱偉光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東微電新能源有限公司
• 主分類號(hào): C09J151/00
• 分類號(hào): C09J151/00;C08F261/04;C08F220/06;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

本發(fā)明涉及一種粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚丙烯酸(PAA)與聚乙烯醇(PVA)交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠狀聚合物。本發(fā)明還涉及制備上述粘結(jié)劑的方法，包括如下步驟：將丙烯酸(AA)添加到聚乙烯醇(PVA)水溶液中，然后在室溫下將引發(fā)劑添加到PVA/AA混合物中催化聚合。本發(fā)明還涉及一種電極極片，該電極極片包括集流體及涂布在集流體表面的電極膜片，電極膜片中上述粘結(jié)劑。本發(fā)明還涉及一種二次電池，二次電池包括上述電極極片。本發(fā)明提供的粘結(jié)劑能有效抑制極片膨脹，特別是硅基材料的膨脹。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)域，特別是涉及一種粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑的制備方法，使用該粘結(jié)劑的電極極片，以及含有使用該粘結(jié)劑的電極極片的二次電池。

背景技術(shù)

二次電池，尤其是鋰離子電池具有高容量、長(zhǎng)循環(huán)、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電少、使用溫度范圍寬、高倍率性等性能，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到手機(jī)、電腦、電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。電池在使用過(guò)程中，由于鋰離子在正、負(fù)極片間進(jìn)行嵌入脫出，正負(fù)極極片會(huì)發(fā)生體積膨脹，影響鋰離子電池的性能。

石墨作為鋰離子電池的商業(yè)陽(yáng)極材料，其容量?jī)H為350mAh/g，很難滿足人們對(duì)高能量密度應(yīng)用的日益增長(zhǎng)的需求，近年來(lái)，為了發(fā)展高能量密度的鋰離子電池，大量的工作集中在硅基負(fù)極材料上，原因是硅超高的理論容量(4200mAh/g)和低工作電壓(小于1V vsLi/Li⁺)，然而由于在脫嵌鋰的過(guò)程中伴隨很大的體積效應(yīng)導(dǎo)致硅顆粒的粉化，進(jìn)而導(dǎo)致硅顆粒與導(dǎo)電劑之間失去電接觸，破壞了整個(gè)電極結(jié)構(gòu)，從而造成了容量的衰減和差的循環(huán)性能。

為了抑制硅基材料的膨脹，可通過(guò)對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及改性，起到抑制膨脹的作用。理想的粘結(jié)劑應(yīng)具有有效的粘接性能及強(qiáng)大的高分子結(jié)構(gòu)所擁有的內(nèi)聚力，能夠很好的抑制負(fù)極材料的膨脹。但是，現(xiàn)有的粘結(jié)劑如丁苯橡膠、聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素(CMC)等，均不能很好地抑制硅基材料的膨脹來(lái)維持電池循環(huán)過(guò)程中的電子/離子轉(zhuǎn)移。例如，現(xiàn)有的PVDF粘結(jié)劑依靠范德華力來(lái)連接電極內(nèi)的所有部分，但在體積發(fā)生顯著變化時(shí)，范德華力太弱，無(wú)法維持硅電極的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑能有效抑制極片膨脹，特別是硅基材料的膨脹。

一方面，本發(fā)明提一種粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑為聚丙烯酸(PAA)與聚乙烯醇(PVA)交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠狀聚合物。該粘結(jié)劑包括如下式的官能團(tuán)I：

相鄰的官能團(tuán)I的兩端分別通過(guò)亞甲基連接，多個(gè)官能團(tuán)I連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

另一方面，本發(fā)明還提供上述粘結(jié)劑的制備方法，包括如下步驟：將丙烯酸(AA)添加到聚乙烯醇(PVA)水溶液中，然后在室溫下將H₂SO₄溶液逐滴添加到PVA/AA混合物中催化聚合。

另一方面，本發(fā)明還提供一種電極極片，電極極片包括集流體及涂布在集流體表面的電極膜片，電極膜片中含有上述的粘結(jié)劑。

電極膜片為負(fù)極膜片。負(fù)極膜片中含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和本發(fā)明提供的粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑在負(fù)極膜片中的質(zhì)量百分含量為1～10％，負(fù)極活性物質(zhì)包括硅基負(fù)極材料。

又一方面，本發(fā)明還提供一種二次電池，二次電池包括正極極片、負(fù)極極片、隔離膜和電解液，正極極片和/或所述負(fù)極極片為上述的電極極片。

本發(fā)明提供的粘合劑含有大量羥基等基團(tuán)，硅基負(fù)極材料可以通過(guò)羥基及其基團(tuán)緊緊固定在粘合劑上，粘合劑具有很強(qiáng)的附著力和機(jī)械強(qiáng)度，能應(yīng)對(duì)硅基負(fù)極材料的體積膨脹問(wèn)題。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少存在以下的有益效果：