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，导电粘结剂的结构式如下：本申请的粘结剂的咪唑主链上连接有羧基、PEG链段和聚苯胺链段，使得该导电粘结剂具有优异的粘结性能、离子传导性能和导电性能。有利于提高硅颗粒的稳定性和适应硅颗粒的体积变变化，同时有利于传导锂离子；并且有利于硅负极始终保持电连接，进而提高硅负极的循环使用寿命。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]随着锂离子电池在混合动力车、纯电动车及储能设备中的应用，发展高能量密度的电池已经成为研究的重点。硅负极的理论容量高达4200mAh/g，远高于传统石墨类负极材料，被认为是发展高能量密度电池良好的负极材料。然而，硅材料在循环过程中会发生显著的体积变化，造成硅颗粒粉化并与导电剂或集流体分离，使部分硅颗粒失去电连接而成为“死”硅，从而导致电池容量快速衰减。
[0003]现有的硅负极由硅活性物质、导电剂和粘结剂组成，其中，通常使用高分子化合物作为粘结剂，以维持硅电极的结构稳定性。但是现有常用的粘结剂仅用于将硅活性物质粘结在集流体上，没有导电性能；并且，现有的粘结剂无法传导锂离子，不利于锂离子在电极材料中的扩散和传输。

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，该导电粘结剂具有较高的粘接性、离子电导性和电子电导性，保证硅负极的结构稳定性和充放电循环稳定性，进而提高电池的循环寿命。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种导电粘结剂，导电粘结剂的结构式如下：
[0006][0007]其中，R选自双三氟甲基磺酸亚胺根、双氟磺酰亚胺根、高氯酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、四氟硼酸根、二草酸硼酸根、二氟草酸硼酸根或者三氟甲基磺酸根中的一种；
[0008]m为1～20的整数；n为1～100的整数；
[0009]x、y和z为相应链段占整个聚合物的摩尔比，x、y和z各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y+z等于1.0；
[0010]p为还原态聚苯胺占整个聚苯胺的摩尔比，p为0～1之间的任一小数。
[0011]作为可选的方案，0.1≤x≤0.9，0.05≤y≤0.45，0.05≤z≤0.45。
[0012]作为可选的方案，0.2≤x≤0.6，0.2≤y≤0.4，0.2≤z≤0.4。
[0013]作为可选的方案，0.4≤p≤0.7。
[0014]作为可选的方案，导电粘结剂的分子量为1000～1000000，优选为50000～500000。
[0015]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：
[0016]将含有双胺基和羧基的化合物，以及双胺基封端的PEG溶解于溶剂中得到混合液I，将甲醛和乙醛的混合液滴加至混合液I，并加入酸液后，加热反应得到混合液II；
[0017]将苯胺和引发剂加入混合液II中，加热反应得到混合液III，将混合液III依次经
过冷却、蒸馏以及洗涤过程得到含有酸根平衡阴离子的聚合物；
[0018]将含有酸根平衡阴离子的聚合物加入阴离子交换剂的水溶液中进行离子交换得到沉淀物；
[0019]将沉淀物经过洗涤和干燥过程得到导电粘结剂。
[0020]作为可选的方案，含有双胺基和羧基的化合物的结构式如下：
[0021][0022]其中，m为1～20之间的任一整数。
[0023]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。
[0024]作为可选的方案，酸液为醋酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的任一种。
[0025]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。
[0026]作为可选的方案，加热反应的条件：加热温度为80℃～100℃，反应时间为0.5h～4h。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]本申请提供的导电粘结剂为咪唑类离子液体聚合物，包含有羧基链段、PEG链段和聚苯胺链段，使得该导电粘结剂具有优异的粘结性能、离子传导性能和导电性能。其中，咪唑基主链上的羧基能够和硅形成强的氢键作用，避免硅发生脱落，有利于提高电池的比容量和循环稳定性；柔性的PEG链段能够提高锂离子在电极材料中的扩散和传输，同时能够适应于硅颗粒在充放电过程中的体积变化，有利于改善硅负极的充放电稳定性；聚苯胺链段具有良好的导电性，能够提高聚合物的导电性能，始终保持硅负极电路的接通，防止其与硅活性物质断开连接，抑制“死硅”的产生，并且聚苯胺链段能够改善聚合物的抗拉强度，防止聚合物在电解液中溶胀，进而提高硅负极的循环性能。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]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。
[0033]本专利技术实施例提供一种导电粘结剂，其特征在于，导电粘结剂的结构式如下：
[0034][0035]其中，R选自双三氟甲基磺酸亚胺根、双氟磺酰亚胺根、高氯酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、四氟硼酸根、二草酸硼酸根、二氟草酸硼酸根或者三氟甲基磺酸根中的一种；
[0036]m为1～20的整数；n为1～100的整数；
[0037]x、y和z各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y+z等于1.0；
[0038]p为还原态聚苯胺占整个聚苯胺的摩尔比，p为0～1之间的任一小数。
[0039]其中，调控m和n的取值，有利于控制咪唑基离子液体聚合物主链的长短，进而有利于控制聚合物的粘结性和离子传导性能。
[0040]x、y和z的取值分别表示含有羧基的链段、PEG链段和聚苯胺链段在聚合物总摩尔量中的摩尔占比；调控x、y和z的取值，有利于调控聚合物的粘结性、离子传导性能和导电性能，使得聚合物具有良好的粘结性、离子传导性和导电性能。
[0041]聚苯胺链段由还原态聚苯胺链段和氧化态聚苯胺链段组成，p表示还原态聚苯胺占整个聚苯胺的摩尔比，1
‑
p表示氧化态聚苯胺占整个聚苯胺的摩尔比，在还原态聚苯胺和氧化态聚苯胺的共同存在下，使得聚合物具有良好的导电性。
[0042]本实施例的导电粘结剂，与传统的粘结剂相比，具有优异的粘结性、离子传导性能和导电性能，有利于保证硅颗粒的稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电粘结剂，其特征在于，所述导电粘结剂的结构式如下：其中，R选自双三氟甲基磺酸亚胺根、双氟磺酰亚胺根、高氯酸根、六氟磷酸根、六氟砷酸根、四氟硼酸根、二草酸硼酸根、二氟草酸硼酸根或者三氟甲基磺酸根中的一种；m为1～20的整数；n为1～100的整数；x、y和z为相应链段占整个聚合物的摩尔比，x、y和z各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y+z等于1.0；p为还原态聚苯胺占整个聚苯胺链段的摩尔比，p为0～1之间的任一小数。2.根据权利要求1所述的导电粘结剂，其特征在于，0.1≤x≤0.9，0.05≤y≤0.45，0.05≤z≤0.45。3.根据权利要求2所述的导电粘结剂，其特征在于，0.2≤x≤0.6，0.2≤y≤0.4，0.2≤z≤0.4。4.根据权利要求1所述的导电粘结剂，其特征在于，0.4≤p≤0.7。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的导电粘结剂，其特征在于，所述导电粘结剂的分子量为1000～1000000，优选为50000～500000。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下过程：将含有双胺基和羧基的化合物，以及双胺基封端的PEG溶解于溶剂中得到混合液I，将甲醛和乙醛的混合液滴加至所述混合液I，并加入酸液后，加热反应得到混合液II；将苯胺和引发剂加入所述混合液II中，加热反应得到混合液III，将所述混合液III依次经过冷却、蒸馏以及洗涤过程得到含有酸根平衡阴离子的聚合物；将所述含有酸根平衡阴离...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁涛，郭姿珠，马永军，韩晓燕，
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：