[發(fā)明專(zhuān)利]聚合物粘結(jié)劑及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110067789.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112909252B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)騰飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 恒大新能源技術(shù)（深圳）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525;H01M10/058;C08F220/46;C08F220/06;C08F212/36
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44414
• 代理人: 方良

本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物粘結(jié)劑及其制備和應(yīng)用。聚合物粘結(jié)劑包括第一聚合物粘結(jié)劑和第二聚合物粘結(jié)劑，其中，第一聚合物粘結(jié)劑和第二聚合物粘結(jié)劑的分子鏈均分別形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而且第一聚合物粘結(jié)劑的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與第二聚合物粘結(jié)劑的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)互相貫穿設(shè)置形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。聚合物粘結(jié)劑能夠與電極活性材料特別是硅基活性材料作用并連接，同時(shí)能夠?qū)㈦姌O活性材料特別是硅基活性材料包覆而形成包覆層，提高電極活性材料在電極活性層中分散的均勻性和在循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定性；能夠與集流體之間具有強(qiáng)的粘結(jié)力，從而有效增強(qiáng)了活性層與集流體之間的結(jié)合強(qiáng)度。其能夠在電極和鋰離子電池中應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物粘結(jié)劑及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和能源危機(jī)意識(shí)的增強(qiáng)，鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保的儲(chǔ)能技術(shù)越來(lái)越受到人們的歡迎。鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)長(zhǎng)、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)得以廣泛的利用。隨著電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用和電動(dòng)汽車(chē)的蓬勃發(fā)展，鋰離子電池的市場(chǎng)日益廣闊，但同時(shí)對(duì)鋰離子電池安全提出了更高的要求。

目前，硅基負(fù)極材料的理論比容量高、嵌鋰平臺(tái)適宜，是一種理想的鋰離子電池用高容量負(fù)極材料。但在充放電過(guò)程中，硅的體積變化達(dá)到300％以上，劇烈的體積變化所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致電極粉化、剝落，影響循環(huán)穩(wěn)定性。

為了有效克服硅在充放電過(guò)程中的體積膨脹導(dǎo)致的不利于行，目前基本集中關(guān)注在復(fù)合硅材料研發(fā)方面，如設(shè)置包覆結(jié)構(gòu)用于緩沖硅的體積膨脹。但是含硅電極的如比容量、循環(huán)性能等電化學(xué)性能除了與硅活性材料性能有關(guān)之外，還受到電極活性層所含的其他材料如粘結(jié)劑等性能的影響。

目前，在負(fù)極含有硅基材料的鋰離子電池中，負(fù)極常用的粘結(jié)劑是丁苯橡膠(SBR)和聚丙烯酸(PAA)等。但SBR表面缺乏足夠多的官能團(tuán)，無(wú)法對(duì)硅材料形成有效的粘結(jié)作用，難以抑制硅基材料巨大的體積膨脹。而PAA作為粘結(jié)劑使用時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度低，形變大以及過(guò)度溶脹，玻璃化溫度低，容易造成粘接力差，極片較脆，甚至出現(xiàn)掉粉等情況，較大程度的影響負(fù)極片生產(chǎn)過(guò)程的良率和鋰離子電池的性能。且SBR和PAA粘結(jié)劑分子呈直鏈狀，作為粘結(jié)劑時(shí)容易從硅顆粒表面脫落，造成硅基負(fù)極循環(huán)后期不可逆容量增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種聚合物粘結(jié)劑及其制備方法以及含有所述聚合物粘結(jié)劑的電極和鋰離子電池，以解決現(xiàn)有電極所用粘結(jié)劑的粘結(jié)性能不理想而導(dǎo)致電極、鋰離子電池電化學(xué)性能不穩(wěn)定的技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種聚合物粘結(jié)劑。所述聚合物粘結(jié)劑包括第一聚合物粘結(jié)劑和第二聚合物粘結(jié)劑，其中，第一聚合物粘結(jié)劑和第二聚合物粘結(jié)劑的分子鏈均分別形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而且第一聚合物粘結(jié)劑的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與第二聚合物粘結(jié)劑的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)互相貫穿設(shè)置形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

這樣，所述聚合物粘結(jié)劑通過(guò)所含第一聚合物粘結(jié)劑和第二聚合物粘結(jié)劑的增效作用，一方面能夠與電極活性材料特別是硅基活性材料作用并連接，同時(shí)能夠?qū)㈦姌O活性材料特別是硅基活性材料包覆而形成包覆層，提高電極活性材料在電極活性層中分散的均勻性和在循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定性；另一方面能夠與集流體之間具有強(qiáng)的粘結(jié)力，從而有效增強(qiáng)了活性層與集流體之間的結(jié)合強(qiáng)度。而且將所含的第一聚合物粘結(jié)劑和第二聚合物粘結(jié)劑的分子鏈分別設(shè)置成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并使得兩種聚合物粘結(jié)劑所含的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)互相貫穿設(shè)置形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得兩聚合物粘結(jié)劑的分子鏈形成一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體，以使得兩聚合物粘結(jié)劑能夠發(fā)揮協(xié)同增效作用，有效增強(qiáng)其與電極活性材料、集流體之間以及活性層所含材料之間粘結(jié)強(qiáng)度，并降低聚合物粘結(jié)劑的用量，從而有效提高電極在循環(huán)過(guò)程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能的穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述第一聚合物粘結(jié)劑含有-COOH、-OH、-NH₂中的至少一種極性官能團(tuán)。

具體地，所述第一聚合物粘結(jié)劑包括聚(丙烯酸-丙烯腈)、聚(丙烯酸-丙烯腈)鹽類(lèi)粘結(jié)劑、聚(乙烯醇)中的至少一種。