一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术的应用为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂的应用，该粘结剂结构中含离域Π键，有助于提高粘结剂的电子电导率，此外，粘结剂的结晶度较低，柔韧性较好，粘结剂中含有大量的氧原子，氧原子与硅表面的羟基形成了氢键，增强了两者间的结合力，提升了粘结剂吸电解液的能力，进而增强了硅基负极片传导锂离子的能力。硅基负极片的制备过程中，粘结剂在电极表面原位形成了三维交联网络结构，包覆整个电极，有效地维持了整个电极结构的完整性。

Application of a norbornene derivative containing polyethylene glycol group and a silicon-based negative electrode and lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池
本专利技术涉及一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池，属于锂离子电池

技术介绍
硅的理论比容量远大于石墨的理论比容量，可达到4200mAh/g，同时，硅在自然界中的储量非常大，所以，众多研究者认为硅材料最有希望取代石墨，可以成为下一代锂离子电池负极材料。但是，在锂离子电池的持续充放电过程中，硅材料(硅基负极材料)非常容易发生体积膨胀和收缩的问题，进而导致硅材料与导电剂、粘结剂之间产生空隙，影响电子和锂离子转移，使得锂电池内部发生极化，容量越来越小。研究表明粘结剂对硅碳负极性能的发挥起着非常大的作用。若粘结剂粘结强度不足，则会对电极极片以及电池性能有很大的影响。粘结剂主要有三个作用：第一，粘结剂将电极极片的各个组分如集流体、活性物质、导电剂等粘结在一起形成稳定的极片结构，同时使得导电剂和活性物质更好的接触，形成良好的导电网络；第二，粘结剂可以降低电极材料在电池充放电过程对体积变化的影响；第三，粘结剂溶解于溶剂中可以形成胶状溶液，使活性物质和导电剂可以很好的悬浮于胶状溶液中形成分散性良好且不易沉降的浆料。所以，通过对粘结剂的结构和性能进行优化，可以提高硅碳负极在锂电池中的应用性能。目前，硅碳负极材料普遍选用的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。但是，PVDF是一种具有高结晶度的高分子材料，其柔韧性不好，和硅碳负极材料的相容性比较差，吸液能力较差，电阻也较大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用，该含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂时具有较高的吸液能力和离子传导性能。此外，本专利技术还提供一种硅基负极片。该硅基负极片导电性能更强，离子传导性更好，电极结构更加稳定。最后，本专利技术提供一种锂离子电池。该锂离子电池含上述硅基负极片，具有更强的循环性能。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用，所述应用为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂的应用，所述含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：其中，n为7～20的自然数。本专利技术的含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂，其结构中含有离域Π键，有助于提高粘结剂的电子电导率。同时，该粘结剂的结晶度较低，柔韧性较好，能够允许硅基材料在极片内部膨胀收缩，进而提高固液界面的SEI膜的稳定性。本专利技术的含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物中含有大量的氧原子，氧原子与硅表面的羟基形成了氢键，增强了两者间的结合力，提升了粘结剂吸电解液的能力。本专利技术的含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物在加热的情况下，能够发生原位聚合反应，从而形成一种具有三维网络结构的聚合物。该聚合物有助于维持整个硅基负极片结构的稳定性、缓解硅碳复合材料体积形变的问题。一种硅基负极片，包括负极集流体以及设置在负极集流体表面的负极材料层，所述负极材料层包括硅基负极材料、粘结剂，所述粘结剂为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物，含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：其中，n为7～20的自然数。上述硅基负极片具有较高的电子电导率和离子传导性，电极材料结构更加稳定。该硅基负极片以含有聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为粘结剂，该粘结剂中含有离域Π键，有助于提高硅基负极片的电子电导率，该粘接剂还含有大量的氧原子，氧原子与硅表面的羟基形成了氢键，增强了两者间的结合力，提升了粘结剂的吸电解液能力。这种结构的形成能够允许硅基材料在其中膨胀收缩而不发生粉化现象。在该硅基负极片的制备过程中，粘结剂原位聚合形成了三维交联网络结构，包覆整个电极，从而有效地维持整个电极结构的完整性。所述硅基负极材料、粘结剂的质量比为60～80:5～20。该质量比的硅基负极片在保证粘结剂粘结性能的同时，可以提高硅基负极材料的导电性。所述负极材料层还包括导电剂，所述硅基负极材料、粘结剂、导电剂的质量比为60～80:5～20:5～20。该质量比的硅基负极片综合性能高，既能使粘结剂达到很好的粘结性，又能保证硅基负极片有较好的导电性。所述硅基负极材料为硅碳复合材料。所述硅碳复合材料中硅的质量分数为3％～8％。硅作为活性物质，可以提供储锂容量，碳既能缓冲充放电过程中硅质材料的体积变化，又能改善硅质材料的导电性，避免硅在充放电循环中体积膨胀过大导致硅碳复合材料的结构破坏。硅的质量分数为3％～8％时，硅基负极材料的储锂容量和导电性能均能达到较高水平。一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述负极极片为上述硅基负极片。该锂离子电池采用上述硅基负极片作为负极时，具有更强的传导锂离子的能力。采用本专利技术的硅基负极片组装的锂离子电池，具有较高的比容量，并且电池循环性能好。附图说明图1为本专利技术试验例中1-1#锂离子电池的循环性能曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。下面实施例中硅基负极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅基负极材料、粘结剂、导电剂按照60～80:5～20:5～20的比例制成浆料；(2)将浆料涂布在铜箔集流体上，在常压下，80～100℃干燥8～10h，然后在-0.1MPa的压力下，100～120℃真空干燥8～10h。(3)干燥后裁片，即得硅基负极片。硅基负极片的实施例1本实施例的硅基负极片，包括负极集流体铜箔以及设置在铜箔两个表面的负极材料层，负极材料层包括硅基负极材料、粘结剂和导电剂，粘结剂为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物，含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：其中，n＝10。上述硅基负极材料、粘结剂、导电剂的质量比为3：1：1。所述硅基负极材料为硅碳复合材料，硅在硅碳复合材料中的质量分数为5％，导电剂为SuperP。本实施例的硅基负极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将上述硅基负极材料、粘结剂、导电剂按照质量比3：1：1的比例制成浆料；(2)将浆料涂布在负极集流体铜箔上，在常压下90℃干燥9h，然后在-0.1MPa的压力下，110℃真空干燥9h；(3)干燥后裁片，即得硅基负极片。硅基负极片的实施例2本实施例的硅基负极片，包括负极集流体铜箔以及设置在铜箔两个表面的负极材料层，负极材料层包括硅基负极材料、粘结剂和导电剂，粘结剂为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物，含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：其中，n＝15。上述硅基负极材料、粘结剂、导电剂的质量比为14：3：3。所述硅基负极材料为硅碳复合材料，硅在硅碳复合材料中的质量分数为3％，导电剂为SuperP。本实施例的硅基负极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将上述硅基负极材料、粘结剂、导电剂按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用，其特征在于：所述应用为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂的应用，所述含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用，其特征在于：所述应用为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂的应用，所述含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：



其中，n为7～20的自然数。


2.一种硅基负极片，包括负极集流体以及设置在负极集流体表面的负极材料层，所述负极材料层包括硅基负极材料、粘结剂，其特征在于：所述粘结剂为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物，含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：



其中，n为7～20的自然数。


3.根据权利要求2所述的硅基负极片，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云峰，薛旭金，王永勤，薛峰峰，孙永明，王同胜，罗传军，杨明霞，辛婉婉，张二斌，
申请(专利权)人：多氟多化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41