一种粘结剂及包括该粘结剂的电池制造技术

本发明专利技术提供了一种粘结剂及包括该粘结剂的电池。所述粘结剂为一种分子间可形成较强氢键作用的新型粘结剂，该粘结剂通过氢键形成二重交联网络，具有较高的韧性，能够释放膨胀产生的应力，进而降低硅负极体积变化导致极片的膨胀。所述粘结剂的使用有效改善了硅负极的循环稳定性并降低了电芯的膨胀；所述共聚物包括式(1

【技术实现步骤摘要】
一种粘结剂及包括该粘结剂的电池


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及到一种粘结剂及包括该粘结剂的电池。

技术介绍

[0002]随着电池对能量密度要求越来越高，石墨负极能量密度已接近极限，因此需要开发新一代的负极材料。硅是目前人类至今为止发现的比容量(4200mAh/g) 最高的电池负极材料，是最有潜力替代石墨的负极材料，但硅作为锂电池负极应用也有一些瓶颈，如硅在反应中会出现体积膨胀的问题。高体积容量的材料在局部会产生力学上的问题，通过一系列的基础研究证明，它会裂开甚至形成严重的脱落。
[0003]目前传统的CMC、SBR、PVDF等粘结剂已经无法满足硅负极的使用要求，而新型粘结剂如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚酰亚胺等刚性偏大、粘结性不足、无法形成有效的三维粘结网络以对硅负极进行束缚，导致硅负极在循环过程中仍然存在着因体积变化而面临粘结失效的风险。

技术实现思路

[0004]针对现有的粘结剂存在的不足，本专利技术的目的是提供一种分子间可形成较强氢键作用的新型粘结剂，该粘结剂可以通过氢键形成二重交联网路结构，具有较高的韧性，能够释放硅负极膨胀产生的应力，进而降低硅负极体积变化导致极片的膨胀。进一步地，本专利技术的粘结剂的使用有效改善了硅负极组装的电池的循环稳定性并降低了电池的膨胀。
[0005]为了实现该目的，具体技术方案如下：
[0006]一种粘结剂，所述粘结剂包括一种共聚物，所述共聚物包括式(1
‑
1)所示的重复单元和式(2
‑
1)所示的重复单元；
[0007][0008]其中，R1、R2和R3相同或不同，彼此独立地选自H或烷基；*表示重复单元的连接端。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物还包括式(3
‑
1)所示重复单元：
[0010][0011]其中，R1、R2和R3相同或不同，彼此独立地选自H或烷基；R4选自
‑
COOH、
ꢀ‑
COOR、
‑
Ar或
‑
CN；R选自烷基；Ar选自芳基或杂芳基；*表示重复单元的连接端。
[0012]具体的，所述烷基为C1‑6烷基，还例如为C1‑4烷基，具体为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
[0013]具体的，所述芳基为苯基、萘基或蒽基；所述杂芳基为咪唑基或吡啶基。
[0014]具体的，所述R1选自H、R2选自H或甲基、R3选自H或甲基。
[0015]根据本专利技术的实施方案，式(1
‑
1)中，所述R1选自H、R2选自H、R3选自H 或甲基。
[0016]根据本专利技术的实施方案，式(2
‑
1)中，所述R1选自H、R2选自H、R3选自H 或甲基。
[0017]根据本专利技术的实施方案，式(3
‑
1)中，所述R1选自H，R2选自H或甲基，R3选自H或甲基，R4选自
‑
COOH、
‑
CONH2、
‑
Ph、咪唑基、吡啶基、
‑
COOR或
‑
CN， R选自烷基(例如C1‑6烷基，还例如为C1‑4烷基，具体为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基)。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物中，式(1
‑
1)所示的重复单元占共聚物的摩尔比为1～20mol％，优选为5～10mol％，例如为1mol％、1.5mol％、2mol％、 2.5mol％、3mol％、4mol％、5mol％、6mol％、8mol％、10mol％、12mol％、 15mol％、18mol％、20mol％或上述两两点值组成的范围中的任意点值。通过调整共聚物中式(1
‑
1)所示的重复单元占共聚物的摩尔比可以调整共聚物在溶液中的溶解性，避免共聚物出现团聚等现象，更为重要的是，式(1
‑
1)所示的重复单元还与式(2
‑
1)所示的重复单元之间形成二重氢键，氢键相互作用可以在粘结剂中形成较强的交联网络，有利于硅负极膨胀应力的释放，降低极片的膨胀以及极片脱落。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物中，式(2
‑
1)所示的重复单元占共聚物的摩尔比为1～20mol％，优选为5～10mol％，例如为1mol％、1.5mol％、2mol％、 2.5mol％、3mol％、4mol％、5mol％、6mol％、8mol％、10mol％、12mol％、 15mol％、18mol％、20mol％或上述两两点值组成的范围中的任意点值。通过调整共聚物中式(2
‑
1)所示的重复单元占共聚物的摩尔比可以调整共聚物在溶液中的溶解性，避免共聚物出现团聚等现象，更为重要的是，式(1
‑
1)所示的重复单元还与式(2
‑
1)所示的重复单元之间形成二重氢键，氢键相互作用可以在粘结剂中形成较强的交联网络，有利于硅负极膨胀应力的释放，降低极片的膨胀以及极片脱落。
[0020]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物中，式(3
‑
1)所示的重复单元占共聚物的摩尔比为60～98mol％，例如为60mol％、65mol％、70mol％、75mol％、80 mol％、85mol％、90mol％、95mol％、98mol％或上述两两点值组成的范围中的任意点值。通过调整共聚物中式(3
‑
1)所示的重复单元占共聚物的摩尔比可以改善粘结剂的水溶性，避免出现粘结剂团聚等现象，此外，还可以改善对负极活性物质的分散效果，防止负极活性物质在浆料中出现沉降。
[0021]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物具有如下式(4)所示的结构：
[0022][0023]式(4)中，x、y、z表示分子链中相应的重复单元的摩尔占比，以x+y+z＝1 计，0.01≤x≤0.2，0.6≤x≤0.98，0.01≤z≤0.2。
[0024]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物中包括式(1
‑
1)所示的重复单元、式 (2
‑
1)所示的重复单元，两个重复单元之间可以形成二重氢键，以上述式(4) 所示的结构式的共聚物为例，氢键特征基团和形成的氢键相互作用如式(a)所示，
[0025][0026]其中，虚线为氢键相互作用，波浪线代表连接线。该氢键相互作用可以在粘结剂中形成较强的交联网络，有利于硅负极膨胀应力的释放，降低极片的膨胀以及极片脱落。
[0027]根据本专利技术的实施方式，所述共聚物中，式(1
‑
1)所示的重复单元的摩尔数与式(2
‑
1)所示的重复单元的摩尔数的比值为0.8～1.2，优选为0.9～1.1，例如为0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.05、1.1、1.15或1.2。当式(1
‑
1)所示的重复单元的摩尔数与式(2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其中，所述粘结剂包括一种共聚物，所述共聚物包括式(1
‑
1)所示的重复单元和式(2
‑
1)所示的重复单元；其中，R1、R2和R3相同或不同，彼此独立地选自H或烷基；*表示重复单元的连接端。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其中，所述共聚物还包括式(3
‑
1)所示重复单元：其中，R1、R2和R3相同或不同，彼此独立地选自H或烷基；R4选自
‑
COOH、
‑
COOR、
‑
Ar或
‑
CN；R选自烷基；Ar选自芳基或杂芳基；*表示重复单元的连接端。3.根据权利要求1或2所述的粘结剂，其中，所述烷基为C1‑6烷基；和/或，所述芳基为苯基、萘基或蒽基；和/或，所述杂芳基为咪唑基或吡啶基。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的粘结剂，其中，式(1
‑
1)中，所述R1选自H、R2选自H、R3选自H或甲基；和/或，式(2
‑
1)中，所述R1选自H、R2选自H、R3选自H或甲基；和/或，式(3
‑
1)中，所述R1选自H，R2选自H或甲基，R3选自H或甲基，R4选自
‑
COOH、
‑
CONH2、
‑
Ph、咪唑...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭盼龙，储霖，陈伟平，李素丽，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：