一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺及硅基负极制造技术

本发明专利技术公开了一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺及硅基负极，所述锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺是由含磺酸基的二胺、含线性链段结构的二胺与二酐经缩聚，亚胺化后得到。本发明专利技术提出的一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺及硅基负极，所述聚酰亚胺能够有效维持硅基活性材料结构稳定性，可以有效改善硅基负极的膨胀问题，提高锂电池的循环性能。提高锂电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺及硅基负极


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺及硅基负极。

技术介绍

[0002]随着电化学储能器件的快速发展，市场对锂电池的能量密度、循环寿命、能量效率、安全性能等提出了更高要求。粘结剂作为锂电池电极材料中的非活性物质，在维持电极的机械完整性方面起着至关重要的作用。电池在高温环境下工作，粘结剂将在电解液中发生溶胀甚至溶解，难以保证其应有的粘结能力，将导致电池失效，所以高温特种粘结剂的开发成为当前研究的热点。
[0003]对于目前商业化的锂电池来说，普遍采用比容量较低石墨负极，容易出现一定的枝晶现象，存在安全风险。因此，使用具有高容量和高安全性的硅基负极材料代替石墨等碳系材料，成为提升锂电池能量密度潜力的重要方式。
[0004]但是硅作为活性物质的负极材料，在锂离子的嵌入/脱出过程中会产生较大的体积膨胀和结构变化，从而破坏电极结构的完整性，降低循环稳定性。常见的抑制体积变化的方法多采用制备过程复杂、成本较高的结构调控或材料改性等方式。由于粘结剂具有广泛的结构选择性和性能可控性，成为了维持电极结构完整，提升硅基负极电化学稳定性的重要研究方向。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺及硅基负极，所述聚酰亚胺能够有效维持硅基活性材料结构稳定性，可以有效改善硅基负极的膨胀问题，提高锂电池的循环性能。
[0006]本专利技术提出了一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其是由含磺酸基的二胺、含线性链段结构的二胺与二酐经缩聚，亚胺化后得到。
[0007]优选地，所述含磺酸基的二胺为2，4
‑
二氨基苯磺酸、2，5
‑
二氨基苯磺酸、4，4'
‑
二氨基
‑
2，2'
‑
联苯二磺酸或4，4'
‑
二氨基
‑
3，3'
‑
联苯二磺酸中的至少一种。
[0008]优选地，所述含线性链段结构的二胺为1，6
‑
己二胺、1，8
‑
二氨基
‑
3，6
‑
二氧杂辛烷、4，4'
‑
(1，4
‑
丁二氧基)二苯胺或4，4'
‑
(1，6
‑
己二氧基)二苯胺中的至少一种。
[0009]优选地，所述二酐为均苯四甲酸二酐、3，3'，4，4'
‑
二苯醚四甲酸二酐、3，3'，4，4'
‑
联苯四甲酸二酐或3，3'，4，4'
‑
二苯甲酮四甲酸二酐中的至少一种。
[0010]优选地，所述含磺酸基的二胺、含线性链段结构的二胺的摩尔比为1:1
‑
2。
[0011]本专利技术中，通过含磺酸基的二胺与含线性链段的二胺作为合成单体，在聚酰亚胺中引入含磺酸基团的刚性结构以及含线性基团的柔性结构，使所得聚酰亚胺在固有刚性的基础上，还获得了一定的柔韧性，以此实现维持硅基活性材料结构稳定性的效果；本专利技术中为了使其作为硅基负极粘结剂使用时电池的电化学性能最佳，控制了所述含磺酸基的二
胺、含线性链段结构的二胺的摩尔比为1:1
‑
2。
[0012]本专利技术还提出一种硅基负极，其包括粘结剂、硅基活性材料和导电助剂；其中，所述粘结剂为上述聚酰亚胺。
[0013]优选地，所述硅基活性材料为纳米级硅或微米级硅中的至少一种。
[0014]优选地，所述导电助剂为SuperP、科琴黑或乙炔黑中至少一种。
[0015]优选地，所述粘结剂、硅基活性材料和导电助剂的质量比为5
‑
20:60
‑
80:5
‑
20。
[0016]优选地，所述硅基负极的制备方法包括：将粘结剂、硅基活性材料和导电助剂混匀后制浆，再将所得浆料涂布至集流体上，干燥后，即得到所述硅基负极。
[0017]本专利技术中，由含磺酸基的二胺、含线性链状结构的二胺与二酐缩聚、亚胺化得到聚酰亚胺，一方面在聚酰亚胺中引入了磺酸根基团，磺酸根基团的存在可以显著提高聚酰亚胺的粘结性能，抑制了粘结剂与活性材料之间的滑移；另一方面在聚酰亚胺中引入适量的柔性线性链段结构，显著提高了聚酰亚胺的柔韧性，由此克服了在充放电过程中硅基负极体积变化较大的问题，避免后续应用于电池时由于体积变化导致极片遭到破坏，从而有效提高所述聚酰亚胺作为硅基负电极粘结剂使用时电池的电化学循环性能。
具体实施方式
[0018]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0019]实施例1
[0020]一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其制备方法包括：
[0021]在氮气保护下，将10mmol的2，5
‑
二氨基苯磺酸和15mmol的1，8
‑
二氨基
‑
3，6
‑
二氧杂辛烷加入N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中搅拌混匀，再加入25mmol的3，3'，4，4'
‑
二苯醚四甲酸二酐搅拌混匀，40℃下搅拌反应8h，得聚酰胺酸溶液；向所述聚酰胺酸溶液加入50mmol的吡啶和55mmol的乙酸酐搅拌混匀，80℃下搅拌反应2h，冷却至室温后用过量甲醇将聚合物沉淀析出，过滤，洗涤后，即得到所述聚酰亚胺。
[0022]一种硅基负极，其制备方法包括：
[0023]将上述聚酰亚胺重新加入N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中制成固含量为10wt％的聚酰亚胺溶液；再按照聚酰亚胺溶液：纳米硅粉：乙炔黑质量比为150:70:15将聚酰亚胺溶液、纳米硅粉和乙炔黑充分研磨，制得负极浆料，将该负极浆料均匀刮涂在铜箔上，真空下100℃下干燥完全，即得到所述硅基负极；
[0024]以上述硅基负极和锂片作为电极，Celgard 2400作为隔膜、1mol/L LiPF6的EC、EMC(v/v＝1:1)混合溶液作为电解质溶液，在充满氩气的手套箱中组装得到CR2032型扣式电池。
[0025]实施例2
[0026]一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其制备方法包括：
[0027]在氮气保护下，将10mmol的4，4'
‑
二氨基
‑
2，2'
‑
联苯二磺酸和15mmol的4，4'
‑
(1，4
‑
丁二氧基)二苯胺加入N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中搅拌混匀，再加入25mmol的均苯四甲酸二酐搅拌混匀，40℃下搅拌反应8h，得聚酰胺酸溶液；向所述聚酰胺酸溶液加入50mmol的吡啶和55mmol的乙酸酐搅拌混匀，80℃下搅拌反应2h，冷却至室温后用过量甲醇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其特征在于，其是由含磺酸基的二胺、含线性链段结构的二胺与二酐经缩聚，亚胺化后得到。2.根据权利要求1所述的锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其特征在于，所述含磺酸基的二胺为2，4
‑
二氨基苯磺酸、2，5
‑
二氨基苯磺酸、4，4'
‑
二氨基
‑
2，2'
‑
联苯二磺酸或4，4'
‑
二氨基
‑
3，3'
‑
联苯二磺酸中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其特征在于，所述含线性链段结构的二胺为1，6
‑
己二胺、1，8
‑
二氨基
‑
3，6
‑
二氧杂辛烷、4，4'
‑
(1，4
‑
丁二氧基)二苯胺或4，4'
‑
(1，6
‑
己二氧基)二苯胺中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的锂电池硅基负极粘结剂用聚酰亚胺，其特征在于，所述二酐为均苯四甲酸二酐、3，3'，4，4'

【专利技术属性】
技术研发人员：徐哲，邵成蒙，
申请(专利权)人：浙江中科玖源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：