一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂及其制备方法，该粘结剂由主体粘结剂和添加剂组成。主体粘结剂为聚丙烯酸（PAA，分子量10w~300w），添加剂为金属氧化物和氢氧化锂。将聚丙烯酸溶解于分散剂中，获得前驱体，然后将添加剂金属氧化物加入前驱体中，恒温搅拌，待金属氧化物溶解于水溶液后，再将添加剂氢氧化锂加入前驱体中，待所有添加剂溶解并搅拌均匀所得溶液即为新型硅碳负极粘结剂。该粘结剂制备方法简单易行，成本低廉，可有效缓解硅碳负极在充放电过程中的体积效应，从而提高硅碳负极材料的首效和循环寿命，具有很强的市场应用价值。

A Binder for Silicon Carbon Anode of Lithium Ion Battery and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂及其制备方法
本专利技术涉及锂离子硅碳负极材料粘结剂制备
，特别是涉及一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂及其制备方法。
技术介绍
随着锂离子电池在社会不同应用领域的扩展，人们对锂离子电池的性能要求越来越高。目前锂离子电池负极材料主要采用石墨，高档商用石墨的比容量已经达到360mAh/g，而石墨的理论容量为372mAh/g，因此石墨负极已经鲜有提升的空间。硅基负极材料具有高比容量（4200mAh/g）而被认为是最能取代石墨的材料。但是硅基材料在电池充放电过程中会发生体积膨胀和收缩，体积膨胀率高达400%，因此很容易会使负极发生开裂、粉化和剥离导致电池失效。电池负极粘结剂可以束缚硅碳负极材料体积膨胀的同时，亦作为缓冲材料，减弱硅碳负极的体积效应。PAA粘结剂具有羧基基团，可形成大量的氢键，可有效减弱硅的体积效应，提高其首次充放电效率。但是在长期循环充放电过程中，PAA的粘性会逐渐变差导致负极材料粉化和剥离，因此对PAA的改性备受关注。
技术实现思路
针对目前硅碳负极材料粘结剂不耐循环的情况，本专利技术目的在于提供一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂。本专利技术的再以目的在于：提供一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂的制备方法。本专利技术提供的技术方案是：一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，该粘结剂由主体粘结剂和添加剂组成，主体粘结剂为聚丙烯酸（PAA，分子量10w~300w），添加剂为金属氧化物和氢氧化锂，其中，主体粘结剂PAA单体数：金属氧化物：氢氧化锂摩尔分数比为1：（0.01~0.5）：（0~0.98）。在上述方案基础上，所述的金属氧化物为氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化铁中的一种或几种。本专利技术提供一种上述用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂的制备方法：将聚丙烯酸溶解于分散剂中，获得前驱体，然后将添加剂金属氧化物加入前驱体溶液中，恒温搅拌，待金属氧化物溶解于前驱体溶液后，再将添加剂氢氧化锂加入前驱体溶液中，待所有添加剂溶解并搅拌均匀所得溶液即为新型硅碳负极粘结剂。所述的分散剂为水、羧甲基纤维素钠（CMC）和丁苯橡胶（SBR）中的一种或几种。在上述方案基础上，所述的分散剂为水、CMC和SBR的混合物，各组份质量比为：分散剂质量比为水：CMC：SBR=1:（0~0.5）：（0~0.5）。本专利技术的优越性在于：本专利技术产品可有效缓解硅碳负极在充放电过程中的体积效应，从而提高硅碳负极材料的首效和循环寿命，具有很强的市场应用价值。本专利技术产品的制备方法简单易行，成本低廉。具体实施方式实施例1一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，包括主体粘结剂和添加剂组成，所述的主体粘结剂为分子量25w的聚丙烯酸（PAA），所述的添加剂为氧化钙，其中，主体粘结剂PAA单体数：氧化钙摩尔分数比为1：0.05。制备方法按下述步骤：a)取PAA（分子量25W）溶解于适量的水中，制成前驱体溶液；b)按PAA单体数：氧化钙摩尔比为1:0.05称取氧化钙，并将其溶解于前驱体溶液中；c)待氧化钙完全溶解于前驱体溶液中，即获得目标粘结剂溶液。实施例2一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，包括主体粘结剂和添加剂组成，所述的主体粘结剂为分子量200w的聚丙烯酸（PAA），所述的添加剂为氧化镁，其中，主体粘结剂PAA单体数：氧化镁摩尔分数比为1：0.05。制备方法按下述步骤：a)取PAA（分子量200W）溶解于适量的水中，并加入CMC和SBR，其中，水：CMC：SBR质量比为1:0.01:0.01，制成前驱体溶液；b)按PAA单体数：氧化镁摩尔比为1:0.05称取氧化镁，并将其溶解于前驱体溶液中；c)待氧化镁完全溶解于前驱体溶液中，即获得目标粘结剂溶液。实施例3一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，包括主体粘结剂和添加剂组成，所述的主体粘结剂为分子量200W的聚丙烯酸（PAA），所述的添加剂为氧化钙和氧化镁，其中，主体粘结剂PAA单体数：氧化钙：和氧化镁摩尔分数比为1：0.025：0.001。制备方法按下述步骤：a)取PAA（分子量200W）溶解于适量的水中，并加入CMC和SBR，其中，水：CMC：SBR质量比为1:0.01:0.01，制成前驱体溶液；b)按PAA单体数：氧化钙：氧化镁摩尔比为1：0.025：0.001称取氧化钙和氧化镁，并将其溶解于前驱体溶液中；c)待氧化钙和氧化镁完全溶解于前驱体溶液中，即获得目标粘结剂溶液。实施例4一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，包括主体粘结剂和添加剂组成，所述的主体粘结剂为分子量200W的聚丙烯酸（PAA），所述的添加剂为氧化钙，其中，主体粘结剂PAA单体数：氧化钙摩尔分数比为1：0.025。制备方法按下述步骤：a)取PAA（分子量200W）溶解于适量的水中，并加入CMC，其中，水：CMC质量比为1:0.02制成前驱体溶液；b)按PAA单体数：氧化钙摩尔比为1:0.025称取氧化钙，并将其溶解于前驱体溶液中；c)待氧化钙完全溶解于前驱体溶液中，即获得目标粘结剂溶液。上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术的保护范围之中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，包括主体粘结剂和添加剂组成，其特征在于，所述的主体粘结剂为分子量10w~300w的聚丙烯酸（PAA），所述的添加剂为金属氧化物和氢氧化锂，其中，主体粘结剂PAA单体数：金属氧化物：氢氧化锂摩尔分数比为1：（0.01~0.5）：（0~0.98）。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，包括主体粘结剂和添加剂组成，其特征在于，所述的主体粘结剂为分子量10w~300w的聚丙烯酸（PAA），所述的添加剂为金属氧化物和氢氧化锂，其中，主体粘结剂PAA单体数：金属氧化物：氢氧化锂摩尔分数比为1：（0.01~0.5）：（0~0.98）。2.根据权利要求1所述用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂，其特征在于，其特征在于，所述的金属氧化物为氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化铁中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述用于锂离子电池硅碳负极的粘结剂的制备方法，其特征在于，将聚丙烯酸溶解于分散剂中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，阳靖峰，张芳，卢玉英，张道明，王亚坤，焦靖华，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31