一种电池电极用粘结剂以及电池电极制造技术

本发明专利技术涉及一种电池电极用粘结剂以及电池电极，所述粘结剂包括溶剂，改性聚乙烯醇，多酚类化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯共聚后经过水解或醇解的产物，所述多酚类化合物含有苯环结构，且所述苯环结构含有两个以上酚羟基，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的5

【技术实现步骤摘要】
一种电池电极用粘结剂以及电池电极


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，更具体地，涉及一种电池电极用粘结剂以及电池电极。

技术介绍

[0002]锂离子电池自1991年商业化以来取得了巨大的进步，广泛应用于各种便携式电子设备以及新能源汽车等领域，是目前应用最为广泛的化学电源。锂离子电池自商业化以来，通过对材料和技术的不断优化，其能量密度不断被提高，但是仍然无法满足人们对更高能量密度储能系统的追求。传统的锂离子电池使用石墨作为负极，其理论比容量仅为372 mAh/g，很难让锂离子电池的能量密度实现大的提升。研究发现，硅的理论比容量可以达到4200 mAh/g，是石墨的十一倍之多，而且硅在地壳中储量丰富成本低，迅速在各种高容量负极材料中脱颖而出，是下一代高比能锂离子电池最重要的负极材料之一。但硅基负极材料本身也存在一些缺陷，如脱嵌锂过程中会发生巨大的体积变化，产生的应力很容易导致硅颗粒的破裂和粉化并失去活性，此外大体积变化也会导致固态电解质界面膜（SEI）的不断破裂和重组，造成活性锂的消耗，综合导致硅基负极的容量在循环中急剧衰减，并严重限制硅基负极的实际应用。
[0003]为了解决上述问题，各国研究者从不同角度展开了大量的研究。在锂离子电池的电极制备中，粘结剂所占比重小于5%，但却是将活性材料、导电碳以及集流体粘连到一起保持结构完整和导电性的必要组分，对于维持电极的长期稳定起到十分重要的作用。传统的锂离子电池使用石墨作为负极，石墨在脱嵌锂的过程中体积变化非常小，商业化的羧甲基纤维素纳/丁苯胶乳（CMC/SBR）粘结剂可以起到很好的作用；但是对于大体积变化的硅基负极，使用CMC/SBR粘结剂容量会迅速下降。大量的研究表明，使用不同的粘结剂对于硅基负极的性能发挥具有重要影响。CMC/SBR粘结剂较弱的粘结力难于应对硅基负极较大的体积变化，是使得硅基负极循环性能差的主要原因。含有大量羟基的聚合物可以与硅基负极材料之间形成较强的相互作用，有利于抑制硅基负极的体积膨胀等问题，是一种潜在的硅基负极用粘结剂。但是这类聚合物分子间较弱的相互作用不利于负极材料在浆料中的均匀稳定分散，此外其对于硅基负极的循环稳定性有待进一步提升。
[0004]聚乙烯醇是一种水性的多羟基聚合物，其分子量可控，羟基含量高，是一种潜在的锂电池用粘合剂。由于聚乙烯醇粘度高，难以集流器上均匀的涂覆，以及其低的抗电解质性质，此外可能还存在其他未明的原因，单独使用聚乙烯作为粘合剂效果并不理想，特别是在高温下的充放电循环中，电池性能会快速变劣。而且目前很多需要大电流放电的领域，比如新能源汽车，无人机，玩具遥控车的高性能锂电，电池在快速充电，持续大电流放电状态，电池温度很容易在60℃以上，使用聚乙烯醇作为粘结剂的电池性能会很快衰减。此外，粘结剂使用时，和集流器的粘附也是需要在热处理条件下进行。聚乙烯醇的上述在高温下不稳定的状态，作为锂电池的粘合剂还需要进一步提升其高温下的稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于改性聚乙烯醇的粘结剂，以提高硅基负极的循环稳定性，特别是在高温下的循环稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种电池电极用粘结剂，包括溶剂，改性聚乙烯醇，多酚类化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯共聚后经过水解或醇解的产物，所述多酚类化合物含有苯环结构，且所述苯环结构含有两个以上酚羟基，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的5
‑
30%。
[0007]进一步地，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的10
‑
20%。
[0008]所述多酚类化合物选自单宁酸（又名鞣酸，C
76
H
52
O
46
，化学结构为）、没食子酸（3,4,5
‑
三羟基苯甲酸，(HO)3C6H2CO2H，化学结构为）、槲皮素（3,3
’
,4
’
,5,6
‑
五羟基黄酮，C
15
H
10
O7，化学结构为）和2,3,4
‑
三羟基苯甲酸（）中的一种或两种以上。单宁酸、没食子酸、槲皮素或2,3,4
‑
三羟基苯甲酸中均含有苯环，苯环上含有两个以上酚羟基，能够与多羟基聚合物中的羟基形成较强的氢键，从而对多羟基聚合物形成交联，有利于提升粘结剂的粘结力以及制浆过程中负极活性材料在粘结剂中的均匀稳定分散，从而提高电池负极的循环稳定性。
[0009]优选地，所述多酚类化合物为单宁酸和其他小分子多酚(没食子酸、槲皮素、2,3,4
‑
三羟基苯甲酸中的至少一种)按照质量比3
‑
7:1的复配。多酚类化合物的作用是通过与羟基的氢键形成一定的交联结构。本专利技术通过较大分子的多酚化合物单宁酸和其他相对分子
量较小的多酚化合物一起复配，即具有大分子提高交联度，提供更强的粘结力，同时也有小分子多酚调节交联密度，避免了粘结剂粘度过高导致粘结剂涂覆不够均匀的情况出现。
[0010]优选地，在改性聚乙烯醇的原料中，所述羧酸乙烯酯、侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯的摩尔比为30
‑
45：10
‑
15:2
‑
4。
[0011]所述羧酸乙烯酯选自乙酸乙烯酯（CH3COOCH=CH2）、丙酸乙烯酯（CH3CH2COOCH=CH2）、正丁酸乙烯酯（CH3CH2CH2COOCH=CH2）、戊酸乙烯酯（CH3(CH2)3COOCH=CH2）、新戊酸乙烯酯（(CH3)3CCOOCH=CH2）、癸酸乙烯酯（CH3(CH2)8COOCH=CH2）、苯甲酸乙烯酯（C6H5COOCH=CH2）、三氟乙酸乙烯酯（CF3CO2CH=CH2）和氯乙酸乙烯酯（ClCH2COOCH=CH2）中的至少一种，考虑单体易得和成本低廉，优选使用乙酸乙烯酯；所述侧链含有羟基的丙烯酰胺单体选自N
‑
羟乙基丙烯酰胺、N
‑
羟乙基甲基丙烯酰胺、N
‑
三(羟甲基)甲基丙烯酰胺中的至少一种，优选为N
‑
三(羟甲基)甲基丙烯酰胺；所述长链烷基丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2
‑
乙基己酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸正辛酯中的至少一种。
[0012]专利技术人发现，在分子链段中加入一定量的侧链含羟基的丙烯酰胺类结构单元，以及少量的长链烷基丙烯酸酯类结构单元，所得改性聚乙烯醇仍是一种水性粘结剂，绿色环保，不需要使用有机溶剂。加入上述两种功能单体后所得改性聚乙烯醇的粘结强度变高，更重要的是，作为粘接剂，热稳定性提高，在60℃测试条件下，电池的循环稳定性得到了明显改善。可以参考图1，表示了本专利技术的电池电极用粘结剂的结构，其中，缠绕的曲线代表改性聚乙烯醇的高分子长链结构，圆球代表多酚类化合物的刚性主体（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池电极用粘结剂，其特征在于，其制备原料包括溶剂，改性聚乙烯醇，多酚类化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯共聚后经过水解或醇解的产物，所述多酚类化合物具有苯环结构，且所述苯环结构带有两个以上酚羟基，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的5
‑
30%。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的10
‑
20%。3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述多酚类化合物选自具有单宁酸、没食子酸、槲皮素和2,3,4
‑
三羟基苯甲酸中的一种或两种以上。4.根据权利要求3所述的粘结剂，其特征在于，所述多酚类化合物为单宁酸和其他小分子多酚按照质量比3
‑
7:1的复配，所述其他小分子多酚选自没食子酸、槲皮素、2,3,4
‑
三羟基苯甲酸中的至少一种。5.根据权利要求3所述的粘结剂，其特征在于，所述羧酸乙烯酯、侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯的摩尔比为30
‑
45：10
‑
15:2
‑
4。6.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述羧酸乙烯酯选自乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、正丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、癸酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、三氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王劲，赵玉明，孙东立，杜新伟，赵岸光，程晓彦，
申请(专利权)人：北京壹金新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：