锂离子电池粘结剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池，包含有由多元小分子母核及连接在所述多元小分子母核上的聚丙烯酸或聚丙烯酸盐支链臂组成的非线性多臂均聚物，由于非线性的聚丙烯酸或聚丙烯酸盐多臂结构，增加了粘结剂的柔性，并且这种非线性结构兼具多维度高效粘结和水溶性的优点。相对于线性的聚丙烯酸类粘结剂，在一定程度上改善了分子性脆的缺陷。有效解决了在电池循环中因为粘结剂自身脆性而导致极片产生裂纹、剥落等导致循环性能差的问题。

Binder for Lithium Ion Battery and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the technical field of lithium ion batteries, in particular to a lithium ion battery, which comprises a non-linear multi-arm homopolymer consisting of a multi-component small molecular mother core and a polyacrylic acid or polyacrylate branched arm connected to the multi-component small molecular mother core. Because of the non-linear polyacrylic acid or polyacrylate multi-arm structure, the flexibility of the binder is increased, and the non-linearity is enhanced. The structure has the advantages of multi-dimensional, high-efficient bonding and water-solubility. Compared with linear polyacrylic adhesives, the defects of molecular brittleness are improved to some extent. It effectively solves the problem of poor cycling performance caused by cracking and spalling of the electrodes due to the brittleness of the binder itself in the battery cycle.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池粘结剂及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池粘结剂及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池作为一种绿色环保的储能技术，符合人们对保护环境和减缓能源危机的追求，受到越来越广泛的研究、生产及应用。提高锂离子电池的能量密度一直锂离子电池
研究的热点和难点。硅基负极材料由于其理论容量可以达到4200mAh/g，相对于传统的石墨碳基负极材料(理论容量(372mAh/g)在提高锂离子电池能量密度方面有更大的研究空间，是目前研究最多的负极材料之一，也最有希望替代石墨的新型的高能量密度负极材料。硅基负极材料存在的最大问题之一是：由于硅基负极材料较大的体积膨胀效应(～300％，石墨材料的膨胀仅～10％)，锂离子电池在脱嵌锂过程中，会发生极大的体积变化、极片变化从而造成极片结构的变化或劣化，比如裂纹、剥落等，从而影响电池性能，尤其是影响电池的循环性能。粘结剂可以将活性材料等粘接在一起，从而保持极片结构的稳定，大的体积变化需要较大额的粘结力去抑制或适应，所以相对于现有石墨碳基负极材料，硅基负极材料对粘结剂体系有更高的要求。目前，硅基负极用粘结剂已经得到了迅速的发展，且其种类也越来越多。已报道的硅负极黏结剂主要包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸脂型、海藻酸钠、壳聚糖衍生物、交联型粘结等粘结剂。其中，交联型粘结剂，因为具有三维网络带来的多维度高效粘结而备受关注。然而，交联型粘结剂也面临制备工艺复杂等现实问题。聚丙烯酸型粘结剂，由于聚合物分子链中含有大量的-COOH，将其应用在负极粘结剂中，其大量-COOH带来的强的氢键作用，使其具有较好的粘结行为，但因为自身分子链相对规整而韧性不足，往往就会发生粘结剂破坏(粘结剂分子断裂)，在电池循环中会因为自身脆性而导致极片产生裂纹、剥落等，从而影响电池的循环性能。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种锂离子电池粘结剂，旨在解决现有聚丙烯酸类线性粘结剂因自身分子链相对规整而韧性不足，在电池循环中会因为粘接剂自身脆性而导致极片产生裂纹、剥落等导致循环性能差的技术问题。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种锂离子电池粘接剂的制备方法。本专利技术实施例的又一目的在于提供一种锂离子电池。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种锂离子电池粘结剂，所述锂离子电池粘结剂包含有由多元小分子母核及连接在所述多元小分子母核上的聚丙烯酸或聚丙烯酸盐支链臂组成的非线性多臂均聚物。相应地，一种锂离子电池粘结剂的制备方法，包括以下步骤：获取多元小分子、引发剂和单体，所述单体选自丙烯酸类单体或非丙烯酸类单体；将所述多元小分子、引发剂和单体在液相介质中混合溶解，进行聚合反应，获得粗产物；当所述单体为丙烯酸类单体时，将所述粗产物纯化，获得非线性的锂离子电池粘结剂；当所述单体为非丙烯酸类单体时，将所述粗产物纯化后，进行转化处理，再次纯化，获得非线性的锂离子电池粘结剂。优选地，所述多元小分子选自：小分子多元醇或者小分子多元醇的卤代物，所述小分子多元醇为至少含有三个羟基的小分子多元醇。优选地，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸单体或者丙烯酸盐类单体；和/或，所述非丙烯酸类单体选自丙烯酸酯类单体或丙烯腈类单体。优选地，当所述多元小分子为小分子多元醇时，所述引发剂选自：过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵、无水氯化钙、双氧水中至少一种；当所述多元小分子为小分子多元醇的卤代物时，所述引发剂选自：五甲基二亚乙基三胺/溴化铜、四甲基乙二胺/溴化铜、六甲基三亚乙基四胺/溴化铜、三(N，N-二甲基氨基乙基)胺/溴化铜、五甲基二亚乙基三胺/氯化铜、四甲基乙二胺/氯化铜、六甲基三亚乙基四胺/氯化铜、三(N，N-二甲基氨基乙基)胺/氯化铜中至少一种。优选地，当所述多元小分子为小分子多元醇时，所述液相介质选自：N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺或者水溶剂中一种或几种；当所述多元小分子为小分子多元醇的卤代物时，所述液相介质选自：N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺中一种或几种。优选地，所述多元小分子与所述单体的摩尔比为1:(500～10000)；和/或，所述引发剂用量为所述多元小分子中反应位点摩尔数的1～2倍数。优选地，当所述多元小分子为小分子多元醇时，所述聚合反应的条件为：在温度为30℃～90℃的条件下，以300～500rpm的搅拌速度搅拌反应12小时～24小时；当所述多元小分子为小分子多元醇的卤代物时，所述聚合反应的条件为：在干燥惰性气体氛围下，在温度为30℃～90℃的条件下，以300～500rpm的搅拌速度搅拌反应12小时～24小时。优选地，所述纯化的方法为萃取；和/或，当所述单体为丙烯酸腈类单体时，所述转化处理的方法为碱水解；当所述单体为丙烯酯类单体时，所述转化处理的方法为酯分解；和/或，所述再纯化的方法为透析。一种锂离子电池，所述锂离子电池包含有上述锂离子电池粘结剂；和/或，所述锂离子电池包含有上述锂离子电池极片。本专利技术提供的锂离子电池粘结剂，包含有由多元小分子母核及连接在所述多元小分子母核上的聚丙烯酸或聚丙烯酸盐支链臂组成的非线性多臂均聚物，由于非线性的聚丙烯酸或聚丙烯酸盐多臂结构，增加了粘结剂的柔性，并且这种非线性结构兼具多维度高效粘结和水溶性的优点。相对于线性的聚丙烯酸类粘结剂，在一定程度上改善了分子性脆的缺陷，有效解决了在电池循环中因为粘结剂自身脆性而导致极片产生裂纹、剥落等导致循环性能差的问题。本专利技术提供的锂离子电池粘结剂的制备方法，以多元小分子为核心，在引发剂的作用下，在多元小分子核心上生长聚丙烯酸或聚丙烯酸盐支链，获得多臂的非线性的锂离子电池粘结剂。该制备方法操作简单、成本低，易于产业化生产，能促进锂离子电池极片的商业应用。本专利技术提供的锂离子电池，由于含有上述具有多维度高效粘结、水溶性和柔性的非线性锂离子电池粘结剂，和/或，含有上述性能和结构稳定的锂离子电池极片，因此，本专利技术提供的锂离子电池具有较好的循环稳定性和安全性。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的非线性锂离子电池粘结剂的分子结构图。图2是本专利技术实施例2提供的非线性锂离子电池粘结剂的分子结构图。图3是本专利技术实施例1提供的非线性锂离子电池粘结剂分子水解前后特征峰的核磁共振氢谱图。图4是本专利技术实施例2提供的非线性锂离子电池粘结剂分子水解前后特征峰的核磁共振氢谱图.图5是本专利技术实施例3提供的CR2016扣式半电池1与对比例1提供的CR2016扣式半电池对比例1的循环稳定性测试图。图6是本专利技术实施例4提供的CR2016扣式半电池2与对比例2提供的CR2016扣式半电池对比例2的循环稳定性测试图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多元小分子、引发剂和单体，所述单体选自丙烯酸类单体或非丙烯酸类单体；将所述多元小分子、引发剂和单体在液相介质中混合溶解，进行聚合反应，获得粗产物；当所述单体为丙烯酸类单体时，将所述粗产物纯化，获得非线性的锂离子电池粘结剂；当所述单体为非丙烯酸类单体时，将所述粗产物纯化后，进行转化处理，再次纯化，获得非线性的锂离子电池粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多元小分子、引发剂和单体，所述单体选自丙烯酸类单体或非丙烯酸类单体；将所述多元小分子、引发剂和单体在液相介质中混合溶解，进行聚合反应，获得粗产物；当所述单体为丙烯酸类单体时，将所述粗产物纯化，获得非线性的锂离子电池粘结剂；当所述单体为非丙烯酸类单体时，将所述粗产物纯化后，进行转化处理，再次纯化，获得非线性的锂离子电池粘结剂。2.如权利要求1所述的锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，所述多元小分子选自：小分子多元醇或者小分子多元醇的卤代物，所述小分子多元醇为至少含有三个羟基的小分子多元醇。3.如权利要求1所述的锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸单体或者丙烯酸盐类单体；和/或，所述非丙烯酸类单体选自丙烯酸酯类单体或丙烯腈类单体。4.如权利要求1所述的锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，当所述多元小分子为小分子多元醇时，所述引发剂选自：过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵、无水氯化钙、双氧水中至少一种；当所述多元小分子为小分子多元醇的卤代物时，所述引发剂选自：五甲基二亚乙基三胺/溴化铜、四甲基乙二胺/溴化铜、六甲基三亚乙基四胺/溴化铜、三(N，N-二甲基氨基乙基)胺/溴化铜、五甲基二亚乙基三胺/氯化铜、四甲基乙二胺/氯化铜、六甲基三亚乙基四胺/氯化铜、三(N，N-二甲基氨基乙基)胺/氯化铜中至少一种。5.如权利要求2所述的锂离子电池粘结剂的制备方法，其特征在于，当所述多元小分子为小分子多元醇时，所述液相介...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，罗超，吴秀芬，王朝阳，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44