导电粘结剂及其制备方法、硅负极、锂电池及车辆技术

本申请公开了一种导电粘结剂及其制备方法、硅负极、锂电池及车辆，导电粘结剂包括聚合物A和聚合物B；其中聚合物A包括含有磺酸基的聚合物链段和含有羧基的聚合物链段，聚合物B为导电聚合物，聚合物A的结构式如下：本申请的导电粘结剂具有良好的粘结性和导电性，能够在硅颗粒的周围构建交联的三维网络结构，有效地阻止硅颗粒发生不可逆的滑移、缓冲体积变化，从而保持电极的电连接和完整性，延长电池的使用寿命。延长电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
导电粘结剂及其制备方法、硅负极、锂电池及车辆


[0001]本专利技术一般涉及锂电池
，具体涉及一种导电粘结剂及其制备方法、硅负极、锂电池及车辆。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池越来越多地被应用于便携式电子产品、电动工具和车用电源等方面，市场对高能量密度锂离子电池的需求也越来越迫切。而显著提升锂离子电池的能量密度的技术方案之一就是将现有的石墨负极替换成硅负极。
[0003]传统的硅负极由硅活性物质、导电剂和粘结剂组成。其中，粘结剂用于将硅活性物质粘结在集流体上；导电剂用于确保导电性差的硅活性物质间的导电性，但是硅在充放电过程中存在巨大的体积变化(300％)，现有的导电剂和硅活性物质之间的相互作用较弱，容易使硅活性物质和导电剂分离，现有的粘结剂只具有粘结作用，不具有导电性，在硅活性物质和导电剂分离时，导致硅负极导电通路遭到破坏，从而导致电池容量和循环性能快速衰减。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种导电粘结剂及其制备方法、硅负极、锂电池及车辆，该导电粘结剂具有良好的导电性和良好的粘结能力，并且能够适应硅的体积变化，保证硅负极导电通路的完整性，进而延长电池的使用寿命。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种导电粘结剂，导电粘结剂包括聚合物A和聚合物B；其中聚合物A包括含有磺酸基的聚合物链段和含有羧基的聚合物链段，聚合物B为导电聚合物，聚合物A的结构式如下：
[0006][0007]其中，R1、R2和R3各自独立地氢、卤素或C1‑/>C6的烷基；
[0008]R4和R5各自独立地为C0‑
C6的亚甲基、C6‑
C
12
的芳基、C6‑
C
12
的环烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基、的烷基、中的任一种；其中M和Q各自独立地为C1‑
C6的亚甲基、苯基、环己烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基中的任一种；
[0009]R6选自
‑
(CH2)
p1
‑
OH、
‑
(CH2)
p2
‑
NH2、C0‑
C6的烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基、其中Y选自氢、
‑
(CH2)
q1
‑
OH、
‑
(CH2)
q2
‑
NH2、C1‑
C6的烷基、苯基、环己烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基，p1、p2各自独立地为0
‑
6的整数；q1、q2各自独立地为2
‑
6的整数；
[0010]R7选自氢或锂原子；
[0011]x、y和z为相应链段占整个聚合物的摩尔比，x、y、z各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y+z等于1.0；
[0012]其中，C1‑
C6的烷基、C0‑
C6的亚甲基、C6‑
C
12
的芳基、C6‑
C
12
的环烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基、C1‑
C6的亚甲基、苯基、环己烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基或C0‑
C6的烷基中的氢原子可被取代基取代。
[0013]作为可选的方案，聚合物A与聚合物B的摩尔比为1：(0.05～0.6)。
[0014]作为可选的方案，取代基选自卤素、羟基、胺基、羧基、羰基、氰基、磺酸基、C1‑
C6的烷氧基、C1‑
C6的烷基、C6‑
C
12
的芳基或C6‑
C
12
的环烷基。
[0015]作为可选的方案，卤素选自氟、氯、溴中的任一种，胺基选自C1‑
C6的伯胺、C1‑
C6的烷基取代的仲胺或叔胺，C1‑
C6的烷氧基选自甲氧基或乙氧基，C1‑
C6的烷基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或叔丁基，C6‑
C
12
的芳基选自苯基、萘基或联苯基，C6‑
C
12
的环烷基选自环己基或联环己基。
[0016]作为可选的方案，0.3≤x≤0.9，0.1≤y≤0.3，0＜z≤0.4。
[0017]作为可选的方案，导电粘结剂的分子量为1000～1000000，优选为50000～500000。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种第一方面的导电粘结剂的制备方法，包括如下过程：
[0019]将聚合物B的单体与聚合物A在溶剂中混合均匀，加入引发剂引发聚合，去除溶剂得到导电粘结剂；其中，聚合物B的单体选自苯胺、吡咯、3,4
‑
乙烯二氧噻吩或者它们的衍生物中的任一种。
[0020]作为可选的方案，溶剂为水、N
‑
甲基吡咯烷酮、N
‑
甲基甲酰胺、N
‑
甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、环丁砜或二甲基亚砜中的任一种。
[0021]作为可选的方案，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、苯甲酮、二苯甲酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、过氧化氢、氯化铁中的任一种。
[0022]第三方面，本专利技术提供一种锂电池的硅负极，包括：集流体和形成在集流体表面上的硅活性材料层，硅活性材料层包括第一方面的导电粘结剂。
[0023]第四方面，本专利技术提供一种锂电池，包括第三方面的锂电池的硅负极。
[0024]第五方面，本专利技术提供一种车辆，包括第四方面的锂电池。
[0025]本申请提供的导电粘结剂的聚合物A中包含有磺酸基链段和羧基链段，使得该导电粘结剂具有良好的粘结性，聚合物B为导电聚合物，提高了粘结剂的导电性。其中，磺酸基能够与聚合物B形成静电作用，使得聚合物B均匀分散，有利于制备硅负极；羧基能够与硅活性物质形成强的相互作用，使得粘结剂具有良好的粘结性；聚合物B提高粘结剂的导电性，同时由于聚合物B和磺酸基的静电作用和氢键，有利于交联粘结剂，能够在硅颗粒的周围构建交联的三维网络结构，有效地阻止硅颗粒发生不可逆的滑移、缓冲体积变化，从而保持电极的电连接和完整性，延长电池的使用寿命。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，实施例中仅示出了与专利技术相关的部分。
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电粘结剂，其特征在于，所述导电粘结剂包括聚合物A和聚合物B；其中所述聚合物A包括含有磺酸基的聚合物链段和含有羧基的聚合物链段，所述聚合物B为导电聚合物，所述聚合物A的结构式如下：其中，R1、R2和R3各自独立地为氢、卤素或C1‑
C6的烷基；R4和R5各自独立地为C0‑
C6的亚甲基、C6‑
C
12
的芳基、C6‑
C
12
的环烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基、的烷基、中的任一种；其中M和Q各自独立地为C1‑
C6的亚甲基、苯基、环己烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基中的任一种；R6选自
‑
(CH2)
p1
‑
OH、
‑
(CH2)
p2
‑
NH2、C0‑
C6的烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基、其中Y选自氢、
‑
(CH2)
q1
‑
OH、
‑
(CH2)
q2
‑
NH2、C1‑
C6的烷基、苯基、环己烷基、含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基，p1、p2各自独立地为0
‑
6的整数；q1、q2各自独立地为2
‑
6的整数；R7选自氢或锂原子；x、y和z为相应链段占整个聚合物的摩尔比，x、y、z各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y+z等于1.0；其中，所述C1‑
C6的烷基、所述C0‑
C6的亚甲基、所述C6‑
C
12
的芳基、所述C6‑
C
12
的环烷基、所述含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基、所述C1‑
C6的亚甲基、所述苯基、所述环己烷基、所述含有杂原子的C2‑
C
10
的烷基或所述C0‑
C6的烷基中的氢原子可被取代基取代。2.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A与所述聚合物B的摩尔比为1：(0.05～0.6)。3.根据权利要求1所述的导电粘结剂，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁涛，郭姿珠，马永军，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：