[發(fā)明專利]一種基于聚酰胺酸基電極粘結(jié)劑的硅基負(fù)極材料的制備方法

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• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112467086A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉耀東;張強(qiáng);于毓秀
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 趙禛

本發(fā)明涉及一種基于聚酰胺酸基電極粘結(jié)劑的硅基負(fù)極材料的制備方法，屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，解決粘結(jié)劑用于制備二次電池硅負(fù)極電極的技術(shù)問題，解決方案為：首先，將有機(jī)硅改性后的聚酰胺酸共聚物粘結(jié)劑、含硅的活性材料和導(dǎo)電助劑按照質(zhì)量比5?20：60?80：5?20加入溶劑中攪拌混勻，攪拌溫度為室溫，攪拌時(shí)間為30min?12h，制得糊狀漿料；然后，將制得的漿料涂布至集電體上；最后，涂布漿料的集電體進(jìn)行干燥，干燥溫度為60?80℃，干燥完成后，沖壓成形制成硅基負(fù)極。本發(fā)明成本低，易操作，能夠有效維持活性材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具有較高的循環(huán)比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚酰胺酸基電極粘結(jié)劑的硅基負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

二次電池由于其較高的能量密度和倍率特性，廣泛的應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品。隨著應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到電動汽車、航空航天等高儲能領(lǐng)域，對進(jìn)一步提高二次電池的能量密度和安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。

對于目前商業(yè)化的二次電池來說，普遍采用比容量較低石墨負(fù)極，容易出現(xiàn)一定的枝晶現(xiàn)象，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，使用具有高容量和高安全性的硅基負(fù)極材料代替石墨等碳系材料，成為提升二次電池能量密度潛力的重要方式。

然而硅作為活性物質(zhì)的負(fù)極材料，在離子的嵌入/脫出過程中會產(chǎn)生較大的體積膨脹和結(jié)構(gòu)變化，從而破壞電極結(jié)構(gòu)的完整性，降低循環(huán)穩(wěn)定性。常見的抑制體積變化的方法多采用制備過程復(fù)雜、成本較高的結(jié)構(gòu)調(diào)控或材料改性等方式。因此，由于粘結(jié)劑具有廣泛的結(jié)構(gòu)選擇性和性能可控性，成為了維持電極結(jié)構(gòu)完整，提升硅負(fù)極電化學(xué)穩(wěn)定性的重要研究方向。

聚酰胺類聚合物作為粘結(jié)劑近年來逐漸的被研究者關(guān)注。公開號CN110959207A記載了一種聚合物粘結(jié)劑混合的聚酰亞胺粘結(jié)劑的共混物的硅負(fù)極復(fù)合粘結(jié)劑，可形成具有良好循環(huán)性能的高能量密度電池。然而這些粘結(jié)劑的成分組成和配比要求復(fù)雜，抑制膨脹能力和提升循環(huán)穩(wěn)定性能力有限，并更著重于對碳負(fù)極材料的考察，未能很好的解決硅負(fù)極材料對粘結(jié)劑的功能需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決粘結(jié)劑用于制備二次電池硅負(fù)極電極的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于聚酰胺酸基電極粘結(jié)劑的硅基負(fù)極材料的制備方法，低成本，易操作，能夠有效維持活性材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具有較高的循環(huán)比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種基于聚酰胺酸基電極粘結(jié)劑的硅基負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：首先，將有機(jī)硅改性后的聚酰胺酸共聚物粘結(jié)劑、含硅的活性材料和導(dǎo)電助劑按照質(zhì)量比5-20：60-80：5-20加入溶劑中攪拌混勻，攪拌溫度為室溫，攪拌時(shí)間為30min-12h，制得糊狀漿料；然后，將制得的漿料涂布至集電體上；最后，涂布漿料的集電體進(jìn)行干燥，干燥溫度為60-80℃，干燥完成后，沖壓成形制成硅基負(fù)極。

本發(fā)明中提出將有機(jī)硅改性后的聚酰胺酸共聚物作為二次電池硅基負(fù)極的粘結(jié)劑，二次電池優(yōu)選鋰離子電池。其中，有機(jī)硅可為硅烷偶聯(lián)劑、正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。聚酰胺酸共聚物的單體可為聚酰胺酸、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺中的一種或多種，優(yōu)選聚酰胺酸。硅基負(fù)極中的活性材料包括硅、硅氧化物、硅碳復(fù)合材料中的一種或多種，也可對材料的尺寸條件進(jìn)行設(shè)定，納米級硅或微米級硅中的一種或兩種，優(yōu)選納米級硅。導(dǎo)電助劑包括Super P、科琴黑、乙炔黑中的一種或多種。

進(jìn)一步地，所述溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮、水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺或者二甲基亞砜，優(yōu)選為N-甲基-2-吡咯烷酮。

進(jìn)一步地，所述集電體為導(dǎo)電性金屬材料的箔或者網(wǎng)狀物，集電體的厚度為5-30μm。

進(jìn)一步地，所述集電體為銅、鋁、鎳、不銹鋼的箔或者網(wǎng)狀物，優(yōu)選為銅箔。

進(jìn)一步地，所述涂布的方式為刮刀法、涂布機(jī)、噴涂法或者組合法，優(yōu)選為刮刀法。