[發明專利]一種硅基負極自修復聚合物粘結劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110271607.3
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113054193B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 朱東雨;吳柳鎮;林展;藍明輝;蔣開祥;陳至鵬;王帥;黎曉琳
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/04;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發明公開了一種硅基負極自修復聚合物粘結劑及其制備方法和應用。所述聚合物粘結劑的制備方法包括如下步驟：S1.將聚乙二醇二丙烯酸酯加入到硫辛酸，于50～100℃攪拌反應1～5h，得到聚乙二醇交聯的聚硫辛酸；S2.將步驟S1得到的聚乙二醇交聯的聚硫辛酸與聚丙烯酸按照質量比為1：(1～20)混合溶于水或者有機溶劑中，反應，干燥得到所述聚合物粘結劑。所述聚合物自修復能力強，斷裂伸長率高，由所述聚合物粘結劑制備的負極片組裝成扣式電池，提高了鋰離子電池硅基負極的循環過程中的穩定后的比容量，延長了鋰離子硅基負極電池的使用壽命。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地，涉及一種硅基負極自修復聚合物粘結劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電動汽車產業等新能源行業的發展，高能量/功率密度的鋰離子電池成為一大研究熱點，為了滿足高能量密度發展的要求，人們發現了新的負極材料——硅、硫，其中硅的理論比容量高達4200mAh/g，是傳統石墨負極的10倍，而且硅元素廣泛存在于自然界中，存量大、價格便宜的同時對環境基本無污染，是一種具有重大應用價值的新負極材料。然而硅在充放電過程中劇烈的體積膨脹，引起活性材料粉化導致電池失效，是目前硅負極商業化進程中最大的難關。因此抑制硅負極體積膨脹是實現硅負極鋰離子電池商業化的最有效方式。

鋰離子電池中的粘結劑具有維持充放電過程電極結構的完整性的重要作用。因此，選擇一種合適的具有良好韌性及黏附性的粘結劑將有益于抑制硅負極的體積膨脹效應，從而保證硅負極在充放電過程中與導電添加劑的有效接觸，保持硅負極脫嵌鋰過程中完整性。現有粘結劑有聚丙烯酸(PAA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、SBR、海藻酸鈉、瓜爾膠、卡拉膠、阿拉伯膠、殼聚糖、PI等。

但這些粘結劑存在許多問題，如聚偏氟乙烯(PVDF)容易結晶(結晶度約為50％)，導致電極的電導率較低；如丁苯橡膠(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯酸(PAA)等，并不能很好的提高抑制正負極體積膨脹的作用。為此，人們開始尋求新的粘結劑或者改良這些已有的粘結劑來滿足需求。

如中國專利(CN110085867A)公開的一種氫氧化鋰與聚丙烯酸物理共混負極粘結劑，在一定程度上抑制了活性材料的膨脹。但是，在使用過程中，氫氧化鋰容易脫落，從而使鋰電池的循環壽命下降。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述電極材料體積膨脹，鋰電池循環壽命短的缺陷，提供一種硅基負極自修復聚合物粘結劑的制備方法，所述聚合物粘結劑還能夠提高電池硅基負極的容量保持率和能量密度。

本發明的另一目的在于提供所述硅基負極自修復聚合物粘結劑。

本發明的另一目的在于提供所述硅基負極自修復聚合物粘結劑的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種硅基負極自修復聚合物粘結劑的制備方法，包括如下步驟：

S1.將聚乙二醇二丙烯酸酯加入到硫辛酸中，所述硫酸鋅與聚乙二醇二丙烯酸酯的比為1g:(25～200)μL，于50～100℃攪拌反應1～5h，得到聚乙二醇交聯的聚硫辛酸；

S2.將步驟S1得到的聚乙二醇交聯的聚硫辛酸與聚丙烯酸按照質量比為1：(1～20)的比例混合溶于水或者有機溶劑中，反應，干燥得到所述聚合物粘結劑。

一般地，聚丙烯酸是一種線性剛性材料，韌性小，易脆，在電池充放電的過程中隨著材料的極度膨脹和縮小，聚丙烯酸容易斷裂，降低電池的循環壽命。