一种导电粘结剂及其制备方法、一种负极以及锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种导电粘结剂及其制备方法、一种负极以及锂离子电池，包括以下重量份数的原料：滑环聚轮烷20～40份、碳材料10～20份和聚合物20～60份。本发明专利技术的一种导电粘结剂，兼具导电性和粘结剂，有效缓解膨胀应力，减少极片极化，降低内阻，提高电化学性能。提高电化学性能。提高电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种导电粘结剂及其制备方法、一种负极以及锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种导电粘结剂及其制备方法、一种负极以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着电动汽车、电子设备和大规模电网的蓬勃发展，锂离子电池正向高容量、高能量密度方向发展，而传统的石墨负极的克容量(380mAh/g)已不能满足市场预期。硅基负极由于具有高的理论容量、低的化学势和原料来源广等优点，引起了人们广泛关注。但硅负极电导率较低和充放电循环中的体积变化大(超过300％)等缺点，限制了其在锂离子电池中的大规模应用。目前，通过加入粘结剂是缓冲充放电过程中极片膨胀/收缩的一种有效手段，电池行业常用的粘结剂有聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇以及丁苯橡胶等。上述粘结剂能够与硅基负极形成共价或非共价相互作用，一定程度上抑制了硅基负极的体积膨胀，但由于这些粘结剂自身导电性差，机械性能不佳，与硅基负极长程粘结力不高，不利于提高硅基负极锂离子电池的长期循环性能和高倍率充放电性能。
[0003]如何提供一种粘结剂能够更好的释放硅基负极体积膨胀应力，同时兼顾减少电池极化和降低电池内阻，仍是目前亟待解决的重要技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种导电粘结剂，兼具导电性和粘结剂，有效缓解膨胀应力，减少极片极化，降低内阻，提高电化学性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种导电粘结剂，包括以下重量份数的原料：滑环聚轮烷20～40份、碳材料10～20份和聚合物20～60份。添加有滑环聚轮烷有效地释放硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀应力，碳材料能够提高粘结剂的导电性，同时三者共同形成具有高弹性的粘结剂网络，有效释放应力，改善循环性能，而且碳材料具有活性基团，能够对聚轮烷进行封端，提高粘结剂的稳定性，而且能够提供电子转移通道，增强锂离子电池的高倍率充放电性能。
[0007]作为本专利技术一种导电粘结剂的一种改进，所述碳材料为纳米碳纤维、碳纳米管中的至少一种。碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及束型碳纳米管。
[0008]作为本专利技术一种导电粘结剂的一种改进，所述碳纳米管的直径为5～20nm，长度为5～15μm，纳米碳纤维的直径为100～200nm，长度为10～20μm。
[0009]作为本专利技术一种导电粘结剂的一种改进，所述聚合物为聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯、聚偏四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡胶、聚乙烯、聚丙烯中的一种。
[0010]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种导电粘结剂的制备方法，制备过程中引入滑环聚轮烷和碳材料，形成具有高弹性的粘结剂网络，聚合物参与聚轮烷的滑动运动，有利于硅基负极在充放电过程中的应力释放，从而改善锂离子电池的循环
性能。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种导电粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、将碳材料分散在溶剂中，加入滑环聚轮烷和缩合剂，搅拌反应得到复合物；
[0014]S2、将聚合物活化，将复合物加入活化后的聚合物中，控制温度，搅拌反应得到导电粘结剂。
[0015]在聚丙烯酸中引入滑环聚轮烷和碳材料，形成具有高弹性的粘结剂网络，并参与聚轮烷的滑动运动，制备成硅基负极时，有利于在充放电过程中的应力释放，从而改善锂离子电池的循环性能。
[0016]其中，所述S1中溶剂为二氯甲烷、乙腈、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种。
[0017]作为一种导电粘结剂的制备方法的一种改进，所述S1中搅拌反应的时间为0.5～24小时，所述S2中控制温度为60
‑
90℃，搅拌反应的时间为24
‑
72小时。
[0018]作为一种导电粘结剂的制备方法的一种改进，所述碳材料为羧基化碳材料，所述羧基化碳材料的制备方法包括以下步骤：将碳材料加入酸溶剂中浸泡，加入浓硝酸和浓硫酸的混合物，超声处理，加热搅拌，加入氧化剂搅拌得到羧基化碳材料。将碳材料进行羧基化处理，能够使碳材料表面带有活性的羧基，采用具有活性基团的碳材料对聚轮烷进行封端，不仅能够提高粘结剂结构的稳定性，而且能够提供电子转移通道，从而增强锂离子电池的高倍率充放电性能。
[0019]作为一种导电粘结剂的制备方法的一种改进，所述聚合物活化的方法包括以下步骤：将聚合物和活化剂在惰性气体保护下加入溶剂中加热搅拌。将聚合物活化，便于聚合物与环状分子材料中羟基发生反应交联。
[0020]作为一种导电粘结剂的制备方法的一种改进，所述聚合物活化中的聚合物为聚丙烯酸，活化剂为N，N'
‑
羰基二咪唑，溶剂为二甲基亚砜。
[0021]作为一种导电粘结剂的制备方法的一种改进，所述滑环聚轮环的制备方法包括以下步骤：
[0022]A1、将链状高分子材料真空干燥，加入N,N'
‑
羰基二咪唑的无水四氢呋喃中反应，加入乙二胺反应得到端氨基的链状高分子材料；
[0023]A2、将端氨基的链状高分子材料加入溶剂中加热溶解，加入环状分子材料，搅拌冷却、透析和干燥得到滑环聚轮环。
[0024]其中，所述链状高分子材料包括聚己内酯、聚乙烯亚氨、尼龙6、聚四氢呋喃、聚乙二酸丁二醇酯、聚二甲基硅氧烷、双链聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、双链聚乙烯亚胺、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯。
[0025]其中，所述环状分子材料包括α
‑
环糊精、β
‑
环糊精、γ
‑
环糊精。环状分子材料与链状高分子材料能够在一定条件下进行反应生成滑环聚轮环，但环状分子与链状高分子材料反应形成滑环聚轮环具有对应关系，如：聚乙二醇和α
‑
环糊精能形成滑环聚轮烷，聚乙烯醇和γ
‑
环糊精能形成滑环聚轮烷，但聚乙二醇和γ
‑
环糊精不能形成滑环聚轮烷。优选地，使用聚乙二醇与α
‑
环糊精反应生成滑环聚轮烷。
[0026]其中，所述缩合剂为O
‑
苯并三氮唑
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲四氟硼酸酯、1
‑
(3
‑
二甲
氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、1
‑
羟基苯并三氮唑、4
‑
二甲氨基吡啶、2
‑
(7
‑
氮杂苯并三氮唑)
‑
N,N,N',N'
‑
四甲基脲六氟磷酸酯、N,N
‑
二异丙基乙胺、N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺、六氟磷酸苯并三唑
‑1‑
基
‑
氧基三吡咯烷基磷的至少一种。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电粘结剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：滑环聚轮烷20～40份、碳材料10～20份和聚合物20～60份。2.根据权利要求1所述的导电粘结剂，其特征在于，所述碳材料为纳米碳纤维、碳纳米管中的至少一种。3.根据权利要求2所述的导电粘结剂，其特征在于，所述碳纳米管的直径为5～20nm，长度为5～15μm，纳米碳纤维的直径为100～200nm，长度为10～20μm。4.根据权利要求1所述的导电粘结剂，其特征在于，所述聚合物为聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯、聚偏四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、丁苯橡胶、聚乙烯、聚丙烯中的一种。5.一种导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碳材料分散在溶剂中，加入滑环聚轮烷和缩合剂，搅拌反应得到复合物；S2、将聚合物活化，将复合物加入活化后的聚合物中，控制温度，搅拌反应得到导电粘结剂。6.根据权利要求5所述的导电粘结剂的制备方法，其特征在于，所述S1中搅拌反应的时间为0.5～24小时，所述S2中控制温度为60
‑
90℃，搅拌反应的时间为24
‑
72小时。7.根据权利要求5所述的导电粘结剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料为羧基化碳材料，所述羧基化碳材料的制备方法包括以下步骤：将碳材料加入酸溶剂中浸泡，加入浓硝酸和浓硫酸的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅波，王志斌，徐雄文，周颖，
申请(专利权)人：湖南立方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：