[發(fā)明專利]一種電池電極用粘結(jié)劑以及電池電極

有效

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• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114335546B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 王勁;趙玉明;孫東立;杜新偉;趙岸光;程曉彥
• 申請（專利權）人: 北京壹金新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M10/0525
• 代理公司: 北京中知星原知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 李小梅;艾變開

本發(fā)明涉及一種電池電極用粘結(jié)劑以及電池電極，所述粘結(jié)劑包括溶劑，改性聚乙烯醇，多酚類化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和側(cè)鏈含有羥基的丙烯酰胺、長鏈烷基丙烯酸酯共聚后經(jīng)過水解或醇解的產(chǎn)物，所述多酚類化合物含有苯環(huán)結(jié)構，且所述苯環(huán)結(jié)構含有兩個以上酚羥基，所述多酚類化合物的質(zhì)量是改性聚乙烯醇的5?30%。本發(fā)明通過對聚乙烯醇進行改性，引入側(cè)鏈含有羥基的丙烯酰胺、長鏈烷基丙烯酸酯的功能結(jié)構單元，制備得到的粘結(jié)劑具有更強的粘結(jié)硅基負極活性材料的粘結(jié)力、更強的抑制硅基負極活性材料體積膨脹的能力以及使硅基負極活性材料更好的均勻穩(wěn)定分散能力；同時還提高了聚乙烯醇作為鋰離子電池粘結(jié)劑的熱穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地，涉及一種電池電極用粘結(jié)劑以及電池電極。

背景技術

鋰離子電池自1991年商業(yè)化以來取得了巨大的進步，廣泛應用于各種便攜式電子設備以及新能源汽車等領域，是目前應用最為廣泛的化學電源。鋰離子電池自商業(yè)化以來，通過對材料和技術的不斷優(yōu)化，其能量密度不斷被提高，但是仍然無法滿足人們對更高能量密度儲能系統(tǒng)的追求。傳統(tǒng)的鋰離子電池使用石墨作為負極，其理論比容量僅為372mAh/g，很難讓鋰離子電池的能量密度實現(xiàn)大的提升。研究發(fā)現(xiàn)，硅的理論比容量可以達到4200 mAh/g，是石墨的十一倍之多，而且硅在地殼中儲量豐富成本低，迅速在各種高容量負極材料中脫穎而出，是下一代高比能鋰離子電池最重要的負極材料之一。但硅基負極材料本身也存在一些缺陷，如脫嵌鋰過程中會發(fā)生巨大的體積變化，產(chǎn)生的應力很容易導致硅顆粒的破裂和粉化并失去活性，此外大體積變化也會導致固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI）的不斷破裂和重組，造成活性鋰的消耗，綜合導致硅基負極的容量在循環(huán)中急劇衰減，并嚴重限制硅基負極的實際應用。

為了解決上述問題，各國研究者從不同角度展開了大量的研究。在鋰離子電池的電極制備中，粘結(jié)劑所占比重小于5%，但卻是將活性材料、導電碳以及集流體粘連到一起保持結(jié)構完整和導電性的必要組分，對于維持電極的長期穩(wěn)定起到十分重要的作用。傳統(tǒng)的鋰離子電池使用石墨作為負極，石墨在脫嵌鋰的過程中體積變化非常小，商業(yè)化的羧甲基纖維素納/丁苯膠乳（CMC/SBR）粘結(jié)劑可以起到很好的作用；但是對于大體積變化的硅基負極，使用CMC/SBR粘結(jié)劑容量會迅速下降。大量的研究表明，使用不同的粘結(jié)劑對于硅基負極的性能發(fā)揮具有重要影響。CMC/SBR粘結(jié)劑較弱的粘結(jié)力難于應對硅基負極較大的體積變化，是使得硅基負極循環(huán)性能差的主要原因。含有大量羥基的聚合物可以與硅基負極材料之間形成較強的相互作用，有利于抑制硅基負極的體積膨脹等問題，是一種潛在的硅基負極用粘結(jié)劑。但是這類聚合物分子間較弱的相互作用不利于負極材料在漿料中的均勻穩(wěn)定分散，此外其對于硅基負極的循環(huán)穩(wěn)定性有待進一步提升。

聚乙烯醇是一種水性的多羥基聚合物，其分子量可控，羥基含量高，是一種潛在的鋰電池用粘合劑。由于聚乙烯醇粘度高，難以集流器上均勻的涂覆，以及其低的抗電解質(zhì)性質(zhì)，此外可能還存在其他未明的原因，單獨使用聚乙烯作為粘合劑效果并不理想，特別是在高溫下的充放電循環(huán)中，電池性能會快速變劣。而且目前很多需要大電流放電的領域，比如新能源汽車，無人機，玩具遙控車的高性能鋰電，電池在快速充電，持續(xù)大電流放電狀態(tài)，電池溫度很容易在60℃以上，使用聚乙烯醇作為粘結(jié)劑的電池性能會很快衰減。此外，粘結(jié)劑使用時，和集流器的粘附也是需要在熱處理條件下進行。聚乙烯醇的上述在高溫下不穩(wěn)定的狀態(tài)，作為鋰電池的粘合劑還需要進一步提升其高溫下的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種基于改性聚乙烯醇的粘結(jié)劑，以提高硅基負極的循環(huán)穩(wěn)定性，特別是在高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種電池電極用粘結(jié)劑，包括溶劑，改性聚乙烯醇，多酚類化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和側(cè)鏈含有羥基的丙烯酰胺、長鏈烷基丙烯酸酯共聚后經(jīng)過水解或醇解的產(chǎn)物，所述多酚類化合物含有苯環(huán)結(jié)構，且所述苯環(huán)結(jié)構含有兩個以上酚羥基，所述多酚類化合物的質(zhì)量是改性聚乙烯醇的5-30%。