一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法技术

发明专利技术公开了一种粘结剂，由二酐单体、二胺单体和聚氧化丙烯多胺共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，然后亚胺化制得。本发明专利技术还公开了一种硅碳负极片及其制备方法。本发明专利技术通过在主链中引入聚氧化丙烯多胺，在主链两端接枝脲基团，再经亚胺化热分解聚氧化丙烯，提高粘结剂的粘附性能、缓冲性能，并能在充放电过程中重复形成交联网络，从而大幅改善负极片体积膨胀问题，并能防止硅碳活性物质的脱落，促进电解液与活性物质的充分接触，提高电池性能。提高电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及粘结剂
，尤其涉及一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其良好的循环性能、高能量密度、高安全性能等优势广泛应用于手机、电脑等便携电子设备。但随着新能源汽车和新型便携电子产品的发展，对锂离子电池的能量密度提出了新的挑战。使用传统石墨作为负极材料已经不能满足市场的需求，急需开发具有更高比容量的负极材料。
[0003]硅是已知的理论比容量最高的材料，具有丰富的储量，被认为是最有潜力的新型负极材料之一。硅(Si)的理论比容量可达4200mAh/g(嵌锂产物为Li
4.4
Si)，但硅负极在充放电过程中，伴随着巨大的体积变化，膨胀率达到300％，过度的体积膨胀产生的巨大应力会导致硅颗粒粉化，固体电解质界面膜(SEI膜)破裂、极片开裂等，使Si的容量不可逆地衰减，严重影响硅负极的循环性能。如何改善硅负极的循环性能是需要解决的首要问题。
[0004]除了对颗粒结构、表面包覆的改性可提高Si粉的循环特性外，采用与Si负极材料匹配的电解液、粘结剂也能大幅改善Si粉的循环稳定性。聚偏氟乙烯(PVDF)树脂是一种被广泛应用的锂离子电池正负极材料的粘结剂，虽具有良好的稳定性，但其粘接强度弱，拉伸强度约为55MPa，仅能适应膨胀率在10％以内的体积膨胀，难以应用在Si负极上。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法，本专利技术通过在主链中引入聚氧化丙烯多胺，在主链两端接枝脲基团，再经亚胺化热分解聚氧化丙烯，提高粘结剂的粘附性能、缓冲性能，并能在充放电过程中重复形成交联网络，从而大幅改善负极片体积膨胀问题，并能防止硅碳活性物质的脱落，促进电解液与活性物质的充分接触，提高电池性能。
[0006]本专利技术提出了一种粘结剂，由二酐单体、二胺单体和聚氧化丙烯多胺共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，然后亚胺化制得。
[0007]上述共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，均在惰性气体氛围中进行；优选于30
‑
50℃共聚10
‑
15h制得端氨基聚酰胺酸；优选于60
‑
80℃反应2
‑
4h进行异氰酸酯基团封端；上述端氨基聚酰胺酸是指氨基封端的聚酰胺酸。
[0008]优选地，聚氧化丙烯多胺的结构式为：其中，R为碳原子数≥2的亚烷基。
[0009]优选地，聚氧化丙烯多胺的分子量为300
‑
500。
[0010]本专利技术选用聚氧化丙烯多胺与二胺单体、二酐单体共聚，在聚酰胺酸主链中引入了聚氧化丙烯链段，并且引入了亚胺基团，可与硅碳活性物质颗粒之间形成较强的氢键，从
而提高粘结剂与硅碳活性物质间的相互作用，提高黏附强度；另外在亚胺化过程中聚氧化丙烯会热分解，形成多孔结构，提高粘结剂的缓冲性能，改善充放电过程中负极片体积膨胀问题，并能促进电解液与活性物质的充分接触，提高电池性能。
[0011]上述聚氧化丙烯多胺的具体制备步骤可以参照文献《聚氧化丙烯多胺的合成、表征及对环氧树脂的增韧效应》中公开的方法，具体步骤为：在吡啶存在条件下，聚氧化丙烯二元醇与对甲苯磺酰氯反应得到双磺酯化聚醚，然后在惰性气体保护下，双磺酯化聚醚与二胺进行胺解反应得到聚氧化丙烯多胺，其中，所述二胺优选脂肪族二胺，如乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺等。
[0012]优选地，封端剂为含有一个异氰酸酯基团的物质。
[0013]上述封端剂可以为：对甲苯异氰酸酯、苯基异氰酸酯、对异丙基苯基异氰酸酯、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷等中的至少一种。
[0014]端氨基聚酰胺酸与含有异氰酸酯基团的封端剂反应，在主链两端形成脲基团，在充放电过程中，脲基团之间进行可逆的氢键断裂和重新连接，重复形成交联网络，改善负极片体积膨胀问题；并能防止硅碳活性物质的脱落，提高电池的循环性能。
[0015]优选地，亚胺化的程序为：分别于60
‑
80℃、100
‑
120℃、200
‑
220℃、250
‑
270℃，保温1
‑
1.5h。
[0016]优选地，聚氧化丙烯多胺占二酐单体和二胺单体总重的4
‑
8％。
[0017]适量的聚氧化丙烯多胺含量，可以在使得粘结剂具有良好的缓冲性能的同时，保持较好的粘附力和强度。
[0018]优选地，二酐单体、二胺单体的摩尔比为1:1.05
‑
1.1。
[0019]优选地，二酐单体和封端剂的摩尔比为1:1.06
‑
1.11。
[0020]上述端氨基聚酰胺酸制备过程中，二酐单体可以为：4,4'
‑
(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸酐、5
‑
(2,5
‑
二氧代四氢
‑3‑
呋喃基)
‑3‑
甲基
‑
环己烯
‑
1,2
‑
二羧酸酐、均苯四甲酸二酐、1,2,3,4
‑
苯四羧酸二酐、3,3
’
,4,4
’‑
二苯甲酮四羧酸二酐、2,2
’
,3,3
’‑
二苯甲酮四羧酸二酐、3,3
’
,4,4
’‑
联苯四羧酸二酐、3,3
’
,4,4
’‑
二苯基砜四羧酸二酐、2,2
’
,3,3
’‑
联苯四羧酸二酐、亚甲基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、1,1
‑
亚乙基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、2,2
‑
亚丙基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、1,2
‑
亚乙基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、1,3
‑
三亚甲基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、1,4
‑
四亚甲基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、1,5
‑
五亚甲基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、4,4
’‑
氧基二苯二甲酸二酐、硫代
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、磺酰基
‑
4,4
’‑
二苯二甲酸二酐、1,3
‑
双(3,4
‑
二羧基苯基)苯二酐、1,3
‑
双(3,4
‑
二羧基苯氧基)苯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，由二酐单体、二胺单体和聚氧化丙烯多胺共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，然后亚胺化制得。2.根据权利要求1所述粘结剂，其特征在于，聚氧化丙烯多胺的结构式为：其中，R为碳原子数≥2的亚烷基。3.根据权利要求1或2所述粘结剂，其特征在于，聚氧化丙烯多胺的分子量为300
‑
500。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述粘结剂，其特征在于，封端剂为含有一个异氰酸酯基团的物质。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述粘结剂，其特征在于，亚胺化的程序为：分别于60
‑
80℃、100
‑
120℃、200
‑
220℃、250
‑
270℃，保温1
‑
1.5h。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述粘结剂，其特征在于，聚氧化丙烯多胺占二酐单体和二胺单体总重的4

【专利技术属性】
技术研发人员：金文斌，徐哲，邵成蒙，
申请(专利权)人：浙江中科玖源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：