高性能原位热交联三维水系粘结剂及应用该粘结剂制备硅基负极片的方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能原位热交联三维水系粘结剂及应用该粘结剂制备硅基负极片的方法，涉及锂电池制备技术领域。该粘结剂包括相互混合的P(E

【技术实现步骤摘要】
高性能原位热交联三维水系粘结剂及应用该粘结剂制备硅基负极片的方法


[0001]本专利技术涉及锂电池制备
，特别是涉及一种高性能原位热交联三维水系粘结剂及应用该粘结剂制备硅基负极片的方法。

技术介绍

[0002]锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池，大致可分为锂金属电池和锂离子电池两类。目前锂离子电池正从传统的便携式电子产品扩展到大规模的电动汽车和电力电网等能源存储领域。
[0003]锂离子的负极可分为碳系负极和非碳系负极，碳系负极材料具体可分为石墨、硬碳、软碳和石墨烯等负极材料，非碳系负极材料包括钛基材料、硅基材料、锡基材料和氮化物等。
[0004]在当前的锂离子电池研究中，绝大部分的工作都侧重于正负极材料、电解液、或对电池结构的设计。其中，硅基材料是目前研究的重点。由于硅具有高的理论比容量、较低的嵌锂电位和丰富的储量，被认为是下一代高能密度锂离子电池的潜在负极材料。
[0005]如专利号为CN110380029B的中国专利公开的一种锂电池用硅基负极材料，包括硅源材料与碳源材料，所述硅源材料与碳源材料复合成呈石榴型结构的紧密包覆体，且碳源包覆硅源，硅源紧密分布在碳源的空隙中。该材料在一定程度上解决了纳米硅基材料体积膨胀问题。
[0006]又如公开号为CN111129479B的中国专利公开的一种稳定型锂电池硅基负极材料及其制备方法，包括硅氧纳米片，氧化石墨烯，环氧树脂，固化剂和锂盐；其中，环氧树脂为含有柔韧性聚氨酯的环氧树脂，固化剂为含柔性聚醚链段的脂肪胺化合物。该方法所得产品能够在长期充放电循环过程中保持良好的稳定性。
[0007]而与Si相比，包碳SiOx由于其体积膨胀比Si小，循环寿命长，受到商业广泛关注。然而亚硅在充放电过程中体积也会发生体积变化，一方面会影响电极结构完整性，电子和离子的有效传输受到严重阻碍；另一方面极片粉化破裂导致活性颗粒裸漏，会导致电解液进一步分解，无法形成稳定的SEI 膜，最终导致负极材料的循环稳定性能较差，因此硅基材料的容量衰减和循环稳定性问题仍是目前硅基材料商业应用的过程中最重要的问题之一。锂电池制备过程中难以缓解的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种高性能原位热交联三维水系粘结剂及应用该粘结剂制备硅基负极片的方法。
[0009]技术效果：本专利技术在电池制作过程中使用的粘结剂入手，使用碱化的聚乙烯马来酸和天然富羟基结合剂制作复合粘结剂，使两种粘结剂进行原位缩合反应进行交联，形成三维网状结构，并改变极片的真空烘烤温度，在极片制备过程中维持电极结构的完整性，并
使活性材料与导电剂接触更为良好，形成极佳的导电网络，从而有效提高电池的倍率性能、循环寿命和循环稳定性，并改善锂电池容量衰减的问题。
[0010]本专利技术进一步限定的技术方案是：一种高性能原位热交联三维水系粘结剂，包括相互混合形成复合粘结剂的P(E
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0.25Li2水系粘结剂和天然富羟基粘结剂，其中P(E
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0.25Li2水系粘结剂和天然富羟基粘结剂的重量份数比为1:1。
[0011]进一步的，P(E
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0.25Li2水系粘结剂为碱化后的聚乙烯马来酸，包括相互混合的聚乙烯马来酸酐、超纯水和氢氧化锂，其中，聚乙烯马来酸酐重量份数占P(E
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0.25Li2水系粘结剂总重量的5％。
[0012]前所述的高性能原位热交联三维水系粘结剂及应用该粘结剂制备硅基负极片的方法，天然富羟基粘结剂为Alg粘结剂或壳聚糖粘结剂或羧甲基纤维素粘结剂，且天然富羟基粘结剂的浓度为5％，使用复合粘结剂制备极片时烘烤温度为150℃。
[0013]本专利技术还提供一种应用高性能原位热交联三维水系粘结剂制备硅基负极片的方法，包括如下含量比的物质：
[0014][0015]前所述的应用高性能原位热交联三维水系粘结剂制备硅基负极片的方法，天然富羟基粘结剂由富羟基化合物制得。
[0016]前所述的应用高性能原位热交联三维水系粘结剂制备硅基负极片的方法，包括如下步骤：
[0017]S1，5％浓度P(E
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0.25Li2水系粘结剂的制备，取2.375份聚乙烯马来酸酐和47.425份超纯水，在水浴条件下加热搅拌混合，搅拌温度为 60℃；再取0.2份氢氧化锂加入制得的聚乙烯马来酸酐溶液中，静置反应4～ 6h直至溶液澄清，得到浓度为5％的P(E
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0.25Li2水系粘结剂；
[0018]S2，5％浓度天然富羟基粘结剂的制备，取5份富羟基化合物，加入95 份的超纯水中，以60℃的搅拌温度水浴加热搅拌混合，制得天然富羟基粘结剂；
[0019]S3，负极片的制备，取对应含量的包碳亚硅、导电炭黑、单壁碳纳米管、 P(E
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0.25Li2水系粘结剂和天然富羟基粘结剂，以94:3:1:1:1的比例混合，搅拌10min，得到均匀分散的浆料；取指定大小的铜箔，将制得的浆料均匀涂布至铜箔表面，并以80℃条件鼓风干燥10h，再以150℃条件真空干燥8h，最后裁切为指定大小，得到负极片成品。
[0020]前所述的应用高性能原位热交联三维水系粘结剂制备硅基负极片的方法，富羟基化合物为海藻酸钠粉末或壳聚糖或羧甲基纤维素钠粉末。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术中，使用了两种能够相互交联的粘结剂，通常在制备负极片时，只需要添加一种粘结剂，少数添加两种粘结剂的制备方法中，两种粘结剂之间并未出现化学反应；而本专利技术中应用的聚乙烯马来酸和天然富羟基粘结剂，搭配适当的温度烘烤时，两种粘结剂之间能够进行原位缩合反应从而进行交联，形成三维网状结构的复合粘结剂，穿插着活性颗粒与导电剂形成相互贯穿的网络结构，从而提高了粘结剂的黏度，增加了粘结剂的粘附性，同时增加了粘结剂强度；从而有效缓解了硅基体积膨胀，提升了电池的性能，改善了电池容量衰减问题；
[0023](2)本专利技术中，由于粘结剂在电池制造过程中仅占活性物质重量的1％～ 10％，因此其作用往往受到忽视，本专利技术将两种粘结剂相互交联，更好地维持电极结构的完整性，同时使得活性材料与导电剂能够更好地接触，从而形成良好的导电网络，有效改善了电池的倍率性能和循环寿命；
[0024](3)本专利技术中，使用原位交联的P(E
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M和Alg复合粘结剂制备的硅负极电极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能原位热交联三维水系粘结剂，其特征在于：包括相互混合形成复合粘结剂的P(E
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0.25Li2水系粘结剂和天然富羟基粘结剂，其中P(E
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0.25Li2水系粘结剂和天然富羟基粘结剂的重量份数比为1:1。2.根据权利要求1所述的高性能原位热交联三维水系粘结剂，其特征在于：所述P(E
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0.25Li2水系粘结剂为碱化后的聚乙烯马来酸，包括相互混合的聚乙烯马来酸酐、超纯水和氢氧化锂，其中，聚乙烯马来酸酐重量份数占P(E
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0.25Li2水系粘结剂总重量的5％。3.根据权利要求2所述的高性能原位热交联三维水系粘结剂，其特征在于：所述天然富羟基粘结剂为Alg粘结剂或壳聚糖粘结剂或羧甲基纤维素粘结剂，且天然富羟基粘结剂的浓度为5％，使用复合粘结剂制备极片时烘烤温度为150℃。4.一种应用高性能原位热交联三维水系粘结剂制备硅基负极片的方法，其特征在于，包括如下含量比的物质：5.根据权利要求4所述的应用高性能原位热交联三维水系粘结剂制备硅基负极片的方法，其特征在于：所述天然富羟基粘结剂由海藻酸钠或壳聚糖或羧甲基纤维素钠制得。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳文秀，林长冲，张力，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：