本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體而言，涉及一種高分子粘結(jié)劑、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因其高能量、長(zhǎng)壽命和便攜性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電源和儲(chǔ)能設(shè)備中。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)無法滿足電動(dòng)汽車等對(duì)大容量、高功率電池日益增長(zhǎng)的需求，科學(xué)家們一直在不斷尋找具有更高能量和功率密度的新型電極材料。傳統(tǒng)的石墨負(fù)極能量密度理論上限為372mah·g-1，現(xiàn)有技術(shù)已迫近理論值，難以再往上突破。

2、硅因?yàn)榫哂欣碚摫热萘扛?4200mah·g-1)、安全性高、環(huán)境友好和高豐度等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。但也存在一些關(guān)鍵問題有待解決，如硅鋰合金巨大的體積變化導(dǎo)致粘結(jié)失效剝落。傳統(tǒng)的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑由于其與硅基負(fù)極和集流體間弱的范德華力，已經(jīng)不適用于硅基負(fù)極材料。目前商用的羥甲基纖維素鈉和丁苯橡膠雖然用于石墨負(fù)極作用良好，但由于其弱的粘彈性，對(duì)高能量密度的硅碳負(fù)極的粘結(jié)效果較差。

3、專利cn?110970622?a公開了一種水性粘結(jié)劑，由含羧基的高分子和含氨基的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行縮合反應(yīng)制得。cn?109935832?a公開了一種鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑，包括20～60份主粘結(jié)劑及10～35份輔助粘結(jié)劑，主粘結(jié)劑為海藻酸鈉，輔助粘結(jié)劑包括5～20份羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的至少一種及5～15份明膠。cn?109411757?a公開了一種鋰離子電池硅基負(fù)極用粘結(jié)劑，包括線性高分子10％-80％，導(dǎo)電高分子10％-60％，自修復(fù)高分子10-60％。但是，上述方案提供的粘結(jié)劑的粘結(jié)性能仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種高分子粘結(jié)劑、其制備方法及應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基負(fù)極在充放電過程中體積變化較大，粘結(jié)劑韌性較差導(dǎo)致活性物質(zhì)容易粉化剝落的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種高分子粘結(jié)劑，高分子粘結(jié)劑為天然高分子和碳碳雙鍵類化合物在引發(fā)劑作用下的接枝共聚產(chǎn)物，天然高分子含有羥基和/或羧基，碳碳雙鍵類化合物含有氨基和/或羧基。

3、進(jìn)一步地，天然高分子包括海藻酸鈉、魔芋膠、瓜爾膠、桃膠、黃原膠和阿拉伯膠的一種或多種；和/或天然高分子的重均分子量為10萬～200萬；和/或碳碳雙鍵類化合物包括丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯和二甲胺基丙基丙烯酰胺的一種或多種；優(yōu)選地，天然高分子與碳碳雙鍵類化合物的重量比為1:(0.1～10)，更優(yōu)選為1:(0.2～8)。

4、進(jìn)一步地，天然高分子與引發(fā)劑的重量比為1:(0.01～0.6)；優(yōu)選為1:(0.08～0.5)；和/或引發(fā)劑包括過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉的一種或多種。

5、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了本發(fā)明上述的高分子粘結(jié)劑的制備方法，包括以下步驟：步驟s1，將天然高分子、碳碳雙鍵類化合物與水混合，得到混合原料；步驟s2，惰性氣體氛圍下，在混合原料中滴加引發(fā)劑水溶液，進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到高分子粘結(jié)劑。

6、進(jìn)一步地，混合原料的質(zhì)量濃度為20～160g/l；和/或混合的溫度為40～60℃，時(shí)間為30～60min；優(yōu)選地，混合在攪拌下進(jìn)行，攪拌速度為350～450r·min-1。

7、進(jìn)一步地，天然高分子與引發(fā)劑水溶液中引發(fā)劑的重量比為1:(0.01～0.6)；和/或引發(fā)劑水溶液的滴加速度為1～10ml/min；和/或聚合反應(yīng)的溫度為40～60℃，時(shí)間為1.5～2.5h；優(yōu)選地，制備方法還包括：將經(jīng)過聚合反應(yīng)的料液依次進(jìn)行純化和冷凍干燥，得到高分子粘結(jié)劑。

8、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種硅基負(fù)極，包括硅基活性材料、導(dǎo)電添加劑和本發(fā)明上述的高分子粘結(jié)劑。

9、進(jìn)一步地，硅基活性材料、導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑的重量比為(60～98):(1～20):(1～20)；和/或硅基活性材料包括納米硅材料、氧化亞硅材料、硅碳復(fù)合材料和氧化亞硅-碳復(fù)合材料的一種或多種。

10、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了本發(fā)明上述的硅基負(fù)極的制備方法，將硅基活性材料、導(dǎo)電添加劑和本發(fā)明上述的高分子粘結(jié)劑與水混合，得到漿料；將漿料涂覆在集流體表面，然后依次進(jìn)行鼓風(fēng)干燥和真空干燥，鼓風(fēng)干燥的溫度為40～60℃，時(shí)間為1.5～2.5h，真空干燥的溫度為90～110℃，時(shí)間為10～14h，得到硅基負(fù)極。

11、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鋰離子電池，包括本發(fā)明上述的硅基負(fù)極。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，以天然高分子和碳碳雙鍵類化合物在引發(fā)劑作用下的聚合產(chǎn)物作為粘結(jié)劑，其具有豐富的極性官能團(tuán)，能夠與硅基負(fù)極和集流體表面的羥基形成氫鍵，從而增加粘附作用，顯著提高硅基負(fù)極與集流體的粘結(jié)性能，減少由于鋰離子電池硅基負(fù)極在充放電過程中體積膨脹導(dǎo)致的活性材料粘結(jié)失效和粉化剝落。

技術(shù)特征：

1.一種高分子粘結(jié)劑，其特征在于，所述高分子粘結(jié)劑為天然高分子和碳碳雙鍵類化合物在引發(fā)劑作用下的接枝共聚產(chǎn)物，所述天然高分子含有羥基和/或羧基，所述碳碳雙鍵類化合物含有氨基和/或羧基。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子粘結(jié)劑，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高分子粘結(jié)劑，其特征在于，

4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的高分子粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，

7.一種硅基負(fù)極，其特征在于，包括硅基活性材料、導(dǎo)電添加劑和權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的高分子粘結(jié)劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅基負(fù)極，其特征在于，所述硅基活性材料、所述導(dǎo)電添加劑和所述粘結(jié)劑的重量比為(60～98):(1～20):(1～20)；和/或

9.權(quán)利要求7或8所述的硅基負(fù)極的制備方法，其特征在于，將硅基活性材料、導(dǎo)電添加劑和權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的高分子粘結(jié)劑與水混合，得到漿料；將所述漿料涂覆在集流體表面，然后依次進(jìn)行鼓風(fēng)干燥和真空干燥，所述鼓風(fēng)干燥的溫度為40～60℃，時(shí)間為1.5～2.5h，所述真空干燥的溫度為90～110℃，時(shí)間為10～14h，得到所述硅基負(fù)極。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求7或8所述的硅基負(fù)極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種高分子粘結(jié)劑、其制備方法及應(yīng)用。該高分子粘結(jié)劑為天然高分子和碳碳雙鍵類化合物在引發(fā)劑作用下的接枝共聚產(chǎn)物，天然高分子含有羥基和/或羧基，碳碳雙鍵類化合物含有氨基和/或羧基。本發(fā)明以天然高分子和碳碳雙鍵類化合物在引發(fā)劑作用下的聚合產(chǎn)物作為粘結(jié)劑，其具有豐富的極性官能團(tuán)，能夠與硅基負(fù)極和集流體表面的羥基形成氫鍵，從而增加粘附作用，顯著提高硅基負(fù)極與集流體的粘結(jié)性能，減少由于鋰離子電池硅基負(fù)極在充放電過程中體積膨脹導(dǎo)致的活性材料粘結(jié)失效和粉化剝落。

技術(shù)研發(fā)人員：王洪勛,嚴(yán)大洲,楊濤,李艷平,溫國(guó)勝,韓治成,張城,魏甲明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10