疏水改性天然植物多糖水系粘结剂及其在锂离子电池负极中的应用制造技术

本发明专利技术涉及疏水改性天然植物多糖水系粘结剂及其在锂离子电池负极中的应用，利用式1的疏水改性天然植物多糖制备锂离子电池负极材料，其组成成分按质量百分比为活性材料:导电剂:粘结剂=（50‑80）:（10‑30）:（5‑20）。本发明专利技术为配合硅碎片的利用，提出的疏水改性天然植物多糖在负极片上作为粘结剂，该疏水改性天然植物多糖具有良好的粘结性及三维网状结构可将硅颗粒尽可能嵌入网络结构，防止崩碎后游离到极片材料之外，增强电池循环性能。并且所用该新型粘结剂来源广泛，具有水溶性，是绿色环保的新型粘结剂。

Hydrophobic modified natural plant polysaccharide system adhesive and its application in negative pole of lithium ion battery

The present invention relates to a hydrophobic modification of natural plant polysaccharides, binder and its application in the anode of lithium ion battery, 1 hydrophobic modification of natural plant polysaccharides preparation of anode materials for lithium ion batteries using the components by weight percentage: as the active material of conductive agent: bonding agent (= 50: (80) 10 30 (5): 20). The present invention for use with silicon chips, the hydrophobically modified natural plant polysaccharides in negative plate as the binder, the hydrophobically modified natural plant polysaccharide has good adhesion and three-dimensional network structure can be as much as possible the silicon particles embedded in a network structure, prevent break free to sheet material, reinforced cell cycle performance. Moreover, the new binder has a wide range of sources and is water-soluble. It is a new type of green adhesive.

【技术实现步骤摘要】
疏水改性天然植物多糖水系粘结剂及其在锂离子电池负极中的应用
本专利技术涉及电化学和新能源材料
，具体涉及一种疏水改性天然植物多糖水系粘结剂及其在锂离子电池负极中的应用。
技术介绍
随着锂离子电池在混合动力电动汽车和纯电动汽车中的使用，对高能量密度的锂离子电池的需求不断增加。Si基材料完全嵌锂形成Li22Si5合金时的比容量高达4200mAh/g，是目前开发的负极材料中最高的材料。然而硅在完全嵌锂状态下体积膨胀高达300%，巨大的体积变化会引起活性材料颗粒粉化、不稳定固体电解液膜(SEI)的形成以及电极结构的破坏，从而导致硅负极的容量衰减迅速、循环寿命短。科研工作者发现可通过选择合适的粘结剂，改善Si基材料的体积膨胀效应。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种疏水改性天然植物多糖水系粘结剂及其在锂离子电池负极中的应用，代替传统的PVDF和CMC，提供一种绿色环保可降解的新型锂离子电池负极用粘结剂。本专利技术所采用的技术方案为：疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，其特征在于：其结构如式1所示；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；分散体系为去离子水或1%的醋酸-水混合体系。所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂的粘度范围为100-1500mPa.s。如所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂作为锂离子电池负极材料用粘结剂的应用。所述锂离子电池负极材料的组成成分按质量百分比为：活性材料:导电剂:粘结剂=（50-80）:（10-30）:（5-20）；其中，粘结剂为式1所示的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，分散体系为去离子水或1%的醋酸-水混合体系；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33。所述活性材料选自硅负极、石墨负极、硫化物；所述导电剂选自乙炔黑、超导电炭黑。锂离子电池负极材料用疏水改性天然植物多糖水系粘结剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将式1的纯化的疏水改性天然植物多糖配置成0.5-2wt%的水溶液；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；步骤2：将活性物质和导电剂置于研钵中研磨5-10分钟；步骤3：将步骤1中制备的粘结剂滴加于步骤2的混合物中，两者质量比为1:10-1:5，研磨至粘结剂均匀的混合于活性物质和导电剂；步骤4：滴加去离子水于步骤3得到的混合物中，再充分研磨20-30分钟;步骤5：将步骤4得到混合物倒于Cu片上，均匀涂布；步骤6：将步骤5得到的铜片迅速鼓风干燥以去除水，得到极片，极片真空干燥；步骤7：将真空干燥过的极片裁片称重后即可装配电池。本专利技术具有以下优点：本专利技术所提出的疏水改性天然植物多糖粘结剂应用于锂离子电池负极材料制备电极片，电池循环性能得到改善，所使用新粘结剂来源广泛，具有水溶性，是绿色环保的新型粘结剂。鉴于硅负极的良好性能，利用水溶性疏水改性天然植物多糖作为电池粘结剂，对可持续发展战略的实施及推动Si负极的商业化进程无疑具有重要的作用。本专利技术提出了水溶性疏水缔合天然植物多糖水系粘结剂，在天然植物多糖亲水性大分子链上引入少量长链疏水基团。在其水溶液中,疏水基团由于憎水作用而发生聚集，大分子链间产生分子内和分子间缔合，形成三维网状结构，表现为较好的粘弹性，从而增强捕捉硅碎片的能力。同时天然植物多糖醚键上的孤对电子可与锂离子形成络合点，锂离子可在天然植物多糖的络合点之间移动，实现锂离子的有效转移。改善锂离子电池负极材料的循环稳定性能。因此，疏水缔合天然植物多糖水系粘结剂可以改善锂离子电池负极材料的高倍率性能以及循环稳定性能、延长电池使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例5硅电极在200mA/g的充放电电流密度下的比容量测试。图2为本专利技术实施例5硅电极负极浆料在经历低剪切-高剪切-低剪切的触变性测试。图3为本专利技术结构图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术提出的天然植物多糖水系粘结剂包含葫芦巴胶、胍胶、黄原胶以及田菁胶等粘结剂，天然植物多糖含有大量极性的羟基，具有良好的水溶性、弹性和粘结性能。天然植物多糖醚键上的孤对电子可与锂离子形成络合点，锂离子可在天然植物多糖的络合点之间移动，实现锂离子的有效转移，改善锂离子电池负极材料的循环稳定性能。本专利技术提出了一种价格低廉、绿色环保的水溶性疏水缔合天然植物多糖水系粘结剂，在天然植物多糖亲水性大分子链上引入少量疏水基团。在其水溶液中,疏水基团由于憎水作用而发生聚集,大分子链间产生分子内和分子间缔合,形成三维网状结构，表现为较好的粘弹性,从而增强捕捉硅碎片的能力。改善锂离子电池负极材料的高倍率性能以及循环稳定性能、延长电池使用寿命。所述疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，其结构如式1所示；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；分散体系为去离子水或1%的醋酸-水混合体系；所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂的粘度范围为100-1500mPa.s。所述的疏水改性天然植物多糖包括疏水改性葫芦巴胶（又名香豆胶）、疏水改性胍胶、疏水改性黄原胶以及疏水改性田菁胶等天然植物多糖。本专利技术以溴代十四烷、溴代十六烷或者溴代十八烷为疏水化试剂，以天然植物多糖（包括葫芦巴胶、胍胶、黄原胶以及田菁胶等）为原料，制备疏水改性天然植物多糖，疏水改性天然植物多糖粘结剂如表1所示。表1上述疏水改性天然植物多糖水系粘结剂可作为锂离子电池负极材料用粘结剂，锂离子电池负极材料的组成成分按质量百分比为：活性材料:导电剂:粘结剂=（50-80）:（10-30）:（5-20）；其中，粘结剂为式1所示的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，分散体系为去离子水或1%的醋酸-水混合体系；所述活性材料选自硅负极、石墨负极、硫化物；所述导电剂选自乙炔黑、超导电炭黑。本专利技术中所用的粘结剂通常先配置成0.5-5wt%的溶液，用于制备锂离子电池的电极材料，制备过程中以去离子水作为稀释剂来调配浆料的稀稠。所述锂离子电池的负极材料组成成分按质量百分比为，活性材料:导电剂:粘结剂=50-80:10-30:10-20。锂离子电池负极活性材料，包括硅负极、石墨负极和硫化物，导电剂优选为乙炔黑或超导电炭黑。制备时混浆时间不少于30分钟，涂膜厚度为100-200μm（优选100nm），烘膜温度为60-80℃。本专利技术中锂离子电池负极制备的具体步骤为：步骤1：将式1的纯化的疏水改性天然植物多糖配置成0.5-2wt%的水溶液；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；步骤2：将活性物质和导电剂置于研钵中研磨5-10分钟；步骤3：将步骤1中制备的粘结剂滴加于步骤2的混合物中，两者质量比为1:10-1:5，研磨至粘结剂均匀的混合于活性物质和导电剂；步骤4：滴加去离子水于步骤3得到的混合物中，再充分研磨20-30分钟;步骤5：将步骤4得到混合物倒于Cu片上，均匀涂布；步骤6：将步骤5得到的铜片迅速鼓风干燥以去除水，得到极片，极片真空干燥；步骤7：将真空干燥过的极片裁片称重后即可装配电池。实施例1先将黏度为100mPa.s十四烷基接枝葫芦巴胶(FG-R16)配置成0.5wt%的水溶液。称取50mg纳米Si和30.0mg的乙炔黑置于研钵中，研磨10分钟，然后滴加0.20g的0.5wt%的GG-R16水溶液。研磨5分钟至粘结剂均匀的混本文档来自技高网...

【技术保护点】
疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，其特征在于：其结构如式1所示；

【技术特征摘要】
1.疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，其特征在于：其结构如式1所示；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；分散体系为去离子水或1%的醋酸-水混合体系。2.根据权利要求1所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，其特征在于：所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂的粘度范围为100-1500mPa.s。3.如权利要求1所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂作为锂离子电池负极材料用粘结剂的应用。4.根据权利要求3所述的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂作为锂离子电池负极材料用粘结剂的应用，其特征在于：所述锂离子电池负极材料的组成成分按质量百分比为：活性材料:导电剂:粘结剂=（50-80）:（10-30）:（5-20）；其中，粘结剂为式1所示的疏水改性天然植物多糖水系粘结剂，分散体系为去离子水或1%的醋酸-水混合体系；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，王景涛，秋列维，杨晓武，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61