一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用，锂离子电池硅基负极活性物质层的活性物质为硅，粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸的共聚物；多巴酸物质的量与聚乙烯亚胺中胺基总数的物质的量的比为1:3

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及新能源
，特别涉及一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]硅基负极由于具有远高于石墨负极的理论容量，而得到了广泛的关注，但硅基负极在实际过程中的体积膨胀率是阻碍其进一步应用的最大障碍。巨大的体积膨胀导致内部机械结构失效，甚至与集流体发生脱离，接触电阻进一步增大等，在很大程度上影响硅基负极在锂离子电池上的应用。硅基材料的粘结剂是影响电极首效和后续循环稳定性的关键因素之一，粘结力弱的粘结剂无法保持硅活性材料之间的电接触活性，会导致电极首效偏低和后续比容量衰减，影响高能量密度电池性能的实现。比如传统粘结剂中，PVDF刚性较大，通过较弱的范德华力与硅粒子结合，难以维持硅基负极长久循环下的体积变化；而以CMC为粘结剂的硅基负极中，CMC的羧基基团(－COOH)和硅复合物表面的烃基基团(－OH)产生脱水反应，形成了较强的共价连接，增强了电极结构的完整性，但是CMC 刚性大、断裂伸长率低(5%～8%)，刚性聚合物粘结剂不能完全消除应力，因此在重复的循环过程中往往会产生裂缝，导致电池比容量衰减明显。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用，能有效提高对硅的粘结力且增强集流体和硅基负极之间的粘附性，提高电池性能。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出如下第一技术方案：一种锂离子电池硅基负极，其硅基负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸获得的共聚物；所述多巴酸的物质的量与所述聚乙烯亚胺中胺基总数的物质的量的比为1:3-1:2；所述负极活性物质为硅；所述粘结剂占所述硅基负极活性物质层的总质量的0.5-1.5%；优选地，所述粘结剂占硅基负极活性物质层的总质量的0.5-0.8%。
[0005]所述聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺中叔胺数量占胺基总数的25%-33%。
[0006]在一种较佳的实施方式中，所述聚乙烯亚胺的分子量为10000-270000。
[0007]优选地，所述聚乙烯亚胺的分子量为50000-200000。
[0008]在一种较佳的实施方式中，所述聚乙烯亚胺中叔胺数量占胺基总数的25%-33%。
[0009]在一种较佳的实施方式中，所述聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺；更进一步的，所述聚乙烯亚胺中的叔胺、仲胺、伯胺的物质的量的比为1:1:1或1:2:1。
[0010]所述负极活性物质、导电剂及所述粘结剂的质量比为94-98%:1-3%:0.5-1.5%。
[0011]本专利技术还提出如下第二技术方案：一种锂离子电池硅基负极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将聚乙烯亚胺溶于溶剂A中，调节溶液pH<7，得聚乙烯亚胺溶液；在所述聚乙烯亚胺溶液中加入多巴酸及酰胺化试剂进行酰胺化反应得到粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸的共聚物；将制备得到的所述粘结剂与硅、导电剂混合制备得到锂离子电池硅基负极。
[0012]在一种较佳的实施方式中，所述溶剂A为去离子水、甲醇、乙醇中的一种或多种的混合物。
[0013]在一种较佳的实施方式中，所述酰胺化试剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基丁二酰亚胺、O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐、 2-(7-氮杂苯并三氮唑)
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N，N，N'，N'-四甲基脲六氟磷酸盐中的一种或多种的混合物。
[0014]本专利技术还提出如下第三技术方案：所述的锂离子电池硅基负极或所述制备方法制备得到的锂离子电池硅基负极在制备锂离子电池中的应用。
[0015]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提供一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用，所述锂离子电池硅基负极的活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸获得的共聚物；所述多巴酸的物质的量与聚乙烯亚胺中胺基总数的物质的量的比为1:3-1:2，所述负极活性物质为硅，所述粘结剂占所述硅基负极活性物质层的总质量的0.5-1.5%，所述聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺，该锂离子电池硅基负极粘结剂通过多巴酸与聚乙烯亚胺发生酰胺化反应而在聚乙烯亚胺上接枝获得多巴结构，多巴结构具有活性羟基，可以和硅颗粒形成更多的氢键或共价键，从而提高对硅的粘结力，并且增强了集流体和硅基负极之间的粘附性，提升了锂离子电池的倍率性能和稳定性；另外，聚乙烯亚胺为富胺基聚合物，在上述酰胺化反应之后富余的胺基与多巴结构中的羟基形成复配效应，有效规避了多巴容易自聚且自聚程度不易控制，影响负极浆料均一和沉降性能的问题；进一步，所述聚乙烯亚胺中叔胺占胺基总数的25%-33%，通过控制聚乙烯亚胺中叔胺的数量占比以控制超支化聚乙烯亚胺的超支化程度，超支化聚乙烯亚胺具有较高的弹性，和多巴酸反应后引入了儿茶酚基团可以进一步发生聚合反应而提高其自身的抗变形能力，可以缓冲硅基粒子的体积变化，有利于负极硅电极的完整性和表面钝化膜（SEI膜）的完整性，相比于线性的聚乙烯亚胺更加适合体积变化大的硅基负极体系；更进一步的，使用多巴酸对聚乙烯亚胺的聚合物作为硅基负极粘结剂，可以有效降低粘结剂的使用量，在用于低粘结剂配方时(粘结剂含量小于2wt%，尤其在小于1.5wt%时)，相比于正常含量的粘结剂配方，性能几乎没有下降；需要说明的是，本专利技术只需实现上述至少一种技术效果即可。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全
部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0017]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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0018]现有技术中的锂离子电池负极当采用硅基材料时具有体积膨胀影响电极首效和后续循环稳定性的问题，克服该问题的手段之一为优化粘结剂性能，以降低硅基负极的体积膨胀率、避免与集流体的脱离。为此，本实施例提供一种锂离子电池硅基负极，其能有效克服上述问题。
[0019]本实施例提供一种锂离子电池硅基负极，其硅基负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，其中，所述负极活性物质为硅；所述粘结剂占所述硅基负极活性物质层的总质量的0.5-5%，优选地，所述粘结剂占硅基负极活性物质层的总质量的0.5-1.5%，更优选地，所述粘结剂占硅基负极活性物质层的总质量的0.5-0.8%。
[0020]在一种实施方式中，负极活性物质、导电剂及所述粘结剂的质量比为9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池硅基负极，其特征在于，其硅基负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸获得的共聚物；所述多巴酸的物质的量与所述聚乙烯亚胺中胺基总数的物质的量的比为1:3-1:2；所述负极活性物质为硅；所述粘结剂占所述硅基负极活性物质层的总质量的0.5-1.5%；所述聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺中叔胺数量占胺基总数的25%-33%。2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅基负极，其特征在于，所述聚乙烯亚胺的分子量为10000-270000。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池硅基负极，其特征在于，所述聚乙烯亚胺中的叔胺、仲胺、伯胺的物质的量的比为1:1:1或1:2:1。4.根据权利要求3所述的锂离子电池硅基负极，其特征在于，所述负极活性物质、导电剂及所述粘结剂的质量比为94-98%:1-3%:0.5-1.5%。5.一种如权利要求1-4任一项所述锂离子电池硅基负...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉川，李峥，沈志鹏，何泓材，陈凯，
申请(专利权)人：清陶昆山能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：