[發明專利]鋰離子電池硅碳負極粘結劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202111453937.0
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114388795A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 白呈超;李偉民;羅棋;陳宇杰;盧銳炯;劉林順;謝文健;陳新滋
• 申請（專利權）人: 廣州理文科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;C08F220/18;C08F220/06;C08F220/30;C08F220/32;C08F220/20
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;朱聰聰

本發明公開了一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑及其制備方法，為聚丙烯酸酯，以烷基丙烯酸、烷基丙烯酸酯和苯氧環類烷基丙烯酸酯等為原料，在光引發劑的作用下攪拌并用紫外光照射1～5分鐘使其發生聚合反應得到，合成條件溫和，操作簡單，生產成本低，易于工業化生產，得到的粘結劑對Si/C和銅箔及炭涂銅箔都具有良好的粘接作用，且對Si/C和導電劑具有良好的分散性，此外，該粘結劑還具有彈性、立體網狀結構，能夠抑制體積膨脹，提升鋰離子電池硅碳負極的循環穩定性，解決了現有技術鋰離子電池硅碳負極粘結劑生產成本高、粘結性能隨著循環次數增加而大幅下降的問題。

技術領域：

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池硅碳負極粘結劑及其制備方法。

背景技術：

鋰離子電池具有工作電壓高，循環壽命長，自放電率低，無記憶效應，比容量高等優點，因此被廣泛應用且市場仍在擴大。在所有電池結構中，以正負極材料對電池的容量影響最大。其中負極材料目前廣泛商用的是石墨，其比容量已接近其理論值372mAh g^-1，而硅基負極材料具有較高比容量，可達4200mAh g^-1，是被認為最有可能取代石墨的材料。但是硅基材料在電池充放電過程中會發生嚴重的體積膨脹收縮(400％)，使材料極易發生開裂、粉化和剝離，從而導致容量損失，電池失效。

使用碳包覆硅的負極，可以降低硅的體積效應，在此基礎上，再開發出同時能與銅箔和硅碳材料相互粘結的膠黏劑，則可以在很大程度上提高硅碳負極的循環穩定性及電池使用壽命。

為了緩解含硅負極在充放電過程中的體積膨脹效應等弊病，目前，一般采用側鏈帶有大量極性基團的剛性高分子材料來做它的粘結劑，如羧甲基纖維素、海藻酸鈉、聚丙烯酸和水性丁苯橡膠等粘結劑。聚丙烯酸是人工合成高分子材料，其側鏈上具有大量的極性羧基，也能起到一定的粘合作用和抑制體積膨脹的效果。

中國專利CN 110085867 A公開了一種用于鋰離子電池硅碳負極的粘結劑，使用聚丙烯酸為主體，添加金屬氧化物，靠金屬離子形成立體網狀結構，但整體黏結劑還是以聚丙烯酸為主體，缺乏彈性，不足以抵抗硅在充放電時的體積膨脹與收縮。

中國專利CN 112018391 A公開了一種交聯網狀硅碳負極粘結劑和硅碳負極極片的組成，是由聚酰亞胺與聚乙烯醇經熱交聯得到，因此兼具聚酰亞胺拉伸強度高、抑制活性物質膨脹能力強的優點，但其缺點是聚酰亞胺單價高且加工的溫度高達180℃。

中國專利CN 111668488 A公開了一種硅碳負極用粘結劑與硅碳負極極片的制作方法，是由磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠共混得到，但此方法依舊是使用高單價的磺化聚酰亞胺且磺化聚酰亞胺和丁苯橡膠機械共混不易均勻分散。

中國專利CN 112038633 A公開了一種硅碳負極用粘結劑與硅碳負極極片的制作方法，選用聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚丙烯酸-聚苯并咪唑，聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚丙烯酸-聚苯并咪唑取得不易，且聚丙烯酸-聚苯并咪唑分子內的氫鍵不易展開，有加工復雜的問題。

中國專利CN110982008 A公開了鋰離子電池負極水性粘結劑的制作方法，選用親水單體、疏水單體和功能性單體為原料，以過氧化物作自由基引發劑，但還須用到含有至少兩個乙烯基的化合物或含有不飽和鍵的有機硅氧烷為交聯劑與鏈轉移劑才能做出高分子的粘結劑且其所選用的材料無法對碳黑或其他導電劑起到良好的分散效果。

因此，需要開發一種粘結性能優異、具有高彈性三維網狀結構、能夠抑制體積膨脹、有效提高鋰離子電池循環穩定性而且價格低廉的硅碳負極材料粘結劑。

發明內容：