[發明專利]一種鋰電池硅基負極用黏結劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202110172761.5
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112786892A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 王軍
• 申請（專利權）人: 深圳名仕堂貿易有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于二次電池技術領域，具體涉及一種鋰電池硅基負極用黏結劑及其制備方法。本發明研制的產品中，包括：聚丙烯酸和氧化石墨烯復合水凝膠，所述水凝膠中包括鈷離子；所述聚丙烯酸和氧化石墨烯復合水凝膠是以鈷離子為交聯劑，經自由基聚合形成。所述氧化石墨烯為異氰酸酯改性氧化石墨烯。在制備產品時，將氧化石墨烯和鈷鹽溶液混合后，超聲分散，得分散液；于加熱攪拌狀態下，向所述分散液中滴加丙烯酸酯乳液，待滴加完畢，繼續加熱攪拌反應，出料，即得。本發明所得產品可有效解決因硅基負極體積膨脹引起的電池容量衰減問題。

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域。更具體地，涉及一種鋰電池硅基負極用黏結劑及其制備方法。

背景技術

21世紀以來，由于CO₂排放過量，引發了一系列環境問題，如全球變暖、海平面上升等，為解決這些問題，開發利用綠色環保的新能源來替代不可再生燃料，刻不容緩。在這些新能源中，鋰離子電池憑借其高能量密度、低成本、綠色環保、長使用壽命等特點，已成為近年來研究熱點，目前已實現商業化，廣泛應用在手機、筆記本電腦、電動汽車等行業中。商用鋰離子電池的負極材料多為石墨，其理論比容量僅為372mA·h/g，而下一代電動汽車商用鋰離子電池的能量密度要求超過300W·h/g，石墨已無法滿足高能量密度鋰離子電池的需求。

硅基負極材料因具有很高的理論儲鋰比容量(4200mA·h/g)和較低的脫鋰電位(0.5V)，以及資源豐富和價格低廉，是最具潛力的下一代鋰離子電池負極材料之一。但是，硅作為負極材料在電池(去)鋰化過程中體積變化巨大(Li₁₅Si₄約為290％,Li₂₂Si₅約為320％)，嚴重限制了硅基負極材料在商業上的應用。巨大的體積變化會導致電池(去)鋰化時硅顆粒破裂及粉碎、活性材料的脫落、固體電解質界面(solid electrolyte interface,SEI)不穩定。

為了解決硅的大體積變化這一問題，相較于制備工藝復雜、成本高的材料改性而言，目前簡單有效的方案是制備硅基負極專用黏結劑。對體積變化較大的硅基負極而言，黏結劑除了需要具有普通鋰離子黏結劑的功能以外，還需要具有特定的結構和性能，即通過一定的分子間作用力將活性顆粒與集流器黏結在一起，減少在充放電循環時由硅體積變化引起的材料粉化，提升電池循環穩定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有鋰電池用硅基負極材料在循環過程中，由于硅體積的劇烈變化，容易引起材料粉化，導致電池產品的循環穩定性下降的缺陷和不足，提供一種鋰電池硅基負極用黏結劑及其制備方法。

本發明的目的是提供一種鋰電池硅基負極用黏結劑。

本發明的另一目的在于提供一種鋰電池硅基負極用黏結劑的制備方法。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種鋰電池硅基負極用黏結劑，包括：聚丙烯酸和氧化石墨烯復合水凝膠，所述水凝膠中包括鈷離子；

所述聚丙烯酸和氧化石墨烯復合水凝膠是以鈷離子為交聯劑，經自由基聚合形成。

上述技術方案以聚丙烯酸和氧化石墨烯復合水凝膠為黏結劑體系，用于黏結鋰電池硅基負極材料，并且在水凝膠體系中利用鈷離子為交聯劑，在使用過程中，該水凝膠體系可以在常規的碳酸酯電解液體系中穩定存在，另外，該水凝膠體系將硅基負極黏結后，可以有效吸附于硅基負極表面，當硅基負極發生較大體積變化時，部分黏結劑構筑的交聯網絡結構會被破壞，但由于被破壞后，聚丙烯酸和氧化石墨烯仍然可以將掉落粉化的硅基負極材料快速黏附于體系表面，尤其是在充電過程中，在高電壓情況下，會加速掉落粉化的材料黏合，從而重新構筑膠黏網絡體系，以此避免了循環性能的下降。

進一步地，所述氧化石墨烯為異氰酸酯改性氧化石墨烯。