聚合物、包括该聚合物的粘结剂和负极、负极的制备方法技术

本申请提供一种聚合物，包括主链和侧链。主链主要包括水溶性的丙烯腈共聚物，所述丙烯腈共聚物的聚合单体包括丙烯酸类单体和丙烯腈类单体。侧链的一端连接所述主链，另一端连接有机硅基团X1、X2和X3分别独立选自C1

【技术实现步骤摘要】
聚合物、包括该聚合物的粘结剂和负极、负极的制备方法


[0001]本申请涉及一种聚合物、包括该聚合物的粘结剂、包括该聚合物的负极、包括该聚合物的二次电池、聚合物作为粘结剂的应用以及负极的制备方法。

技术介绍

[0002]目前二次电池已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式电子移动设备以及无人机、电动汽车等移动终端中。二次电池包括锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、锂硫电池等。作为一种二次电池，锂离子电池通常采用钴酸锂/三元/磷酸铁锂作为正极材料，石墨作为负极材料。但是随着市场对锂离子电池能量密度的需求日益提升，高容量锂离子电池材料的研究和开发也越来越迫切。对于锂离子电池负极材料而言，硅材料凭借极高的理论储锂比容量(最高达4200mAh/g)且储量丰富，成本较低，成为目前研究最多、最有潜力的高容量负极材料之一。但是，硅作为最典型的合金类负极材料，与锂形成合金时，会产生300％以上的体积膨胀，巨大的体积变化所产生的机械应力，很容易使硅自身发生粉化，导致硅颗粒电化学活性失活；同时，硅的体积变化还会导致电极结构的破坏，导致电池容量迅速衰减，循环性能急剧恶化。当前解决硅负极膨胀的策略可从粘结剂设计开展，因此，粘结剂设计逐渐被关注和研究。粘结剂作为电极结构的关键部分，为电极提供了相互连接的结构和机械强度，维持电池循环过程中的电子/离子转移，对整体电化学性能起着至关重要的作用。同时粘结剂是解决电极膨胀的方案之一，通过采用具有高弹性模量、高粘结性、自愈合性、软
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硬嵌段共聚物等单一或复合特性的粘结剂，束缚硅在循环过程的体积膨胀。

技术实现思路

[0003]本申请实施例第一方面提供了一种聚合物，包括：
[0004]主链，所述主链主要包括水溶性的丙烯腈共聚物，所述丙烯腈共聚物的聚合单体包括丙烯酸类单体和丙烯腈类单体；
[0005]侧链，一端连接所述主链，另一端连接有机硅基团X1、X2和X3分别独立选自C1
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C4烷基、羟基、卤原子、C1
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C4烷氧，且X1、X2和X3不同时为烷基；
[0006]所述侧链的链原子数≥3，所述链原子数为所述侧链的非支链中的非氢原子的总数。
[0007]本申请的聚合物，在水溶性的丙烯腈共聚物主链结构上引入侧链，且该侧链连接的有机硅基团可与表面带有硅羟基的硅颗粒形成强相互作用，从而实现对硅颗粒的多维粘接。此外，包括丙烯腈共聚物的主链具有高的机械强度，可维持电极微观骨架结构的稳定性，而侧链可伸缩，有效缓冲硅颗粒在充放电过程中巨大的体积变化和应力变化。
[0008]本申请实施方式中，所述聚合物含有的腈基在所述聚合物中的重量百分比为4％
～30％；硅元素在所述聚合物中的重量百分比为0.01％～5％。
[0009]本申请实施方式中，所述聚合物含有的腈基在所述聚合物中的重量百分比为20％～29％。
[0010]本申请实施方式中，硅元素在所述聚合物中的重量百分比为0.1％～1％。
[0011]本申请实施方式中，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸、丙烯酸盐、甲基丙烯酸及甲基丙烯酸盐中的至少一种，所述丙烯酸盐和所述甲基丙烯酸盐分别为钠盐、钾盐、锂盐、铷盐及铯盐中的至少一种。
[0012]本申请实施方式中，所述丙烯腈类单体包括丙烯腈和甲基丙烯腈中的至少一种。
[0013]本申请实施方式中，所述丙烯腈共聚物的聚合单体还包括丙烯酰胺类单体或含环氧基烯类单体。
[0014]引入丙烯酰胺类单体或含环氧基烯类单体，不仅可以赋予共聚物其他功能，还能引入酰胺基团或环氧基团，便于接枝所述侧链。
[0015]本申请实施方式中，所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、N
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甲基丙烯酰胺、N
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乙基丙烯酰胺、N,N
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二甲基丙烯酰胺、N,N
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二乙基丙烯酰胺、2
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甲基丙烯酰胺、N
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羟甲基丙烯酰胺、N
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羟乙基丙烯酰胺及N
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羟丙基丙烯酰胺中的至少一种；所述含环氧基烯类单体为丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯及烯丙基缩水甘油醚中的至少一种。
[0016]本申请实施方式中，所述侧链的链原子数≥5。
[0017]链原子数≥3的侧链能更好的伸缩，以适应硅颗粒在充放电过程中周期性巨大体积的变化。
[0018]本申请实施方式中，所述侧链的结构式为所述侧链的结构式为所述侧链的结构式为中的至少一种；其中，所述侧链的结构式的主链的两端分别连接所述聚合物的主链和所述有机硅基团的Si。
[0019]本申请实施例第二方面提供了一种粘结剂，其包括本申请实施例第一方面所述的聚合物。
[0020]本申请的聚合物作为粘结剂，尤其是粘结剂作为电池的硅基负极的粘结剂，由于聚合物的侧链连接的有机硅基团可与负极中表面带有硅羟基的硅颗粒形成强相互作用，从而实现对硅颗粒的多维粘接，因而所述粘结剂具有良好的粘接性；另外，由于聚合物的侧链可伸缩，在电池的循环过程中可在一定程度上抑制硅颗粒的巨大体积变化，有效抑制极片膨胀。
[0021]本申请实施方式中，所述粘结剂为电池的负极的粘结剂。
[0022]本申请实施例第三方面提供了一种本申请实施例第一方面所述的聚合物作为粘结剂的应用。
[0023]本申请实施例第四方面提供了一种电池的负极，包括负极活性物质和粘结剂，所述粘结剂包括本申请实施例第一方面所述的聚合物。
[0024]采用本申请的水性的聚合物作为硅基负极的粘结剂具有良好的粘接性，并且在循环过程中可在一定程度上抑制硅颗粒的巨大体积变化，有效抑制极片膨胀。
[0025]本申请实施方式中，所述负极活性物质包括硅基材料。
[0026]本申请实施方式中，所述负极包括集流体和附着在集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括所述负极活性物质和所述粘结剂。
[0027]本申请实施例第五方面提供了一种二次电池，包括负极、正极、电解液、位于负极和所述正极之间的隔膜，所述负极包括负极活性物质和粘结剂，所述粘结剂包括本申请实施例第一方面所述的聚合物。
[0028]采用本申请的水性的聚合物粘结剂作为硅基负极的粘结剂具有良好的粘接性，并且在循环过程中可在一定程度上抑制硅颗粒的巨大体积变化，有效保持活性材料与集流体之间的粘接，可以有效的降低负极极片内阻、抑制极片膨胀，有效延长电池的使用寿命。
[0029]本申请实施方式中，所述负极活性物质包括硅基材料。
[0030]本申请实施方式中，所述负极包括集流体和附着在集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括所述负极活性物质和所述粘结剂。
[0031]本申请实施例第六方面提供了一种电池的负极的制备方法，包括：
[0032]将负极活性物质、粘结剂、溶剂混合形成浆料，所述粘结剂包括本申请实施例第一方面所述的聚合物；
[0033]将所述浆料涂布在负极集流体上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物，其特征在于，包括：主链，所述主链主要包括水溶性的丙烯腈共聚物，所述丙烯腈共聚物的聚合单体包括丙烯酸类单体和丙烯腈类单体；侧链，一端连接所述主链，另一端连接有机硅基团X1、X2和X3分别独立选自C1
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C4烷基、羟基、卤原子、C1
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C4烷氧中的一种，且X1、X2和X3不同时为烷基；所述侧链的链原子数≥3，所述链原子数为所述侧链的非支链中的非氢原子的总数。2.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物含有的腈基在所述聚合物中的重量百分比为4％～30％；硅元素在所述聚合物中的重量百分比为0.01％～5％。3.根据权利要求1或2所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物含有的腈基在所述聚合物中的重量百分比为20％～29％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚合物，其特征在于，硅元素在所述聚合物中的重量百分比为0.1％～1％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物，其特征在于，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸、丙烯酸盐、甲基丙烯酸及甲基丙烯酸盐中的至少一种，所述丙烯酸盐和所述甲基丙烯酸盐分别为钠盐、钾盐、锂盐、铷盐及铯盐中的至少一种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚合物，其特征在于，所述丙烯腈类单体包括丙烯腈和甲基丙烯腈中的至少一种。7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚合物，其特征在于，所述丙烯腈共聚物的聚合单体还包括丙烯酰胺类单体或含环氧基烯类单体。8.根据权利要求7所述的聚合物，其特征在于，所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、N
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甲基丙烯酰胺、N
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乙基丙烯酰胺、N,N
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二甲基丙烯酰胺、N,N
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二乙基丙烯酰胺、2
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甲基丙烯酰胺、N
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羟甲基丙烯酰胺、N
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羟乙基丙烯酰胺及N
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羟丙基丙烯酰胺中的至少一种；所述含环氧基烯类单体为丙烯酸缩水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政杰，潘中来，张晓正，李仁贵，杜鸿昌，夏圣安，
申请(专利权)人：四川茵地乐材料科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：