一种粘结剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种粘结剂及其制备方法与应用，所述粘结剂包括四唑功能化的聚烯腈化合物，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，还接枝了聚烯醇缩醛类化合物和/或聚烯亚胺类化合物；本发明专利技术通过接枝和功能化改性，使粘结剂具备较好的柔韧性、较高的粘性、优异的导离子特性和自愈功能，显著提升了活性物质层和集流体之间的附着力，使极片具备较高的剥离力，同时能为硅基材料膨胀提供膨胀空间，改善了极片开裂掉粉和硅基材料电导率低的问题，因此，显著提升了电池的循环性能。提升了电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种粘结剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种粘结剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]为了优化产业结构和能源结构，利用新型清洁能源以及相应的储能系统代替旧的原有化石能源成为了能源发展的主要趋势。锂离子电池作为一种已经商业化的新型能源设备，由于其能量密度高和循环寿命相对较长，引起广泛关注。目前，锂离子电池负极材料通常采用硅基材料替代传统的石墨材料，以提升电池的理论容量等电化学性能；但是硅基材料存在如下缺陷：电导率低、膨胀率高以及易在循环过程中开裂掉粉。
[0003]由于负极片的活性层是由活性材料、导电添加剂和粘结剂三部分共同组成的，粘结剂作为电极不可或缺的一部分，它具有将活性材料、导电剂和集流体粘接在一起的作用，因此，粘结剂的性能会影响电池性能；但是，目前已经商业化的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF、丁苯橡胶SBR、羧甲基纤维素钠CMC和聚丙烯酸PAA等粘结剂功能单一、粘性有待进一步提升、无法改善活性材料电导率低的问题并且与集流体的剥离力较低，不能满足市场发展需求。
[0004]为了解决硅基材料的缺陷，通过改善硅基负极用粘结剂，来缓解因体积膨胀造成的活性材料的粉化，对提高电池寿命和稳定性具有重要意义。现有技术通常对粘结剂的改性来提升粘性，从而进一步提升电池的性能；如CN114464811A公开的一种锂离子电池硅基负极粘结剂及其制备方法，是通过碱金属原位改性PAA，该改性方法操作简单，易于实现，但是仅对粘性进行了改善，其功能仍较单一，无法改善活性材料电导率低以及极片剥离力较低的问题。
[0005]基于以上研究，需要提供一种粘结剂，所述粘结剂粘性高，使活性物质与导电剂紧密结合，同时能提升活性物质层和集流体的附着力，使二者紧密粘结，还能为硅基膨胀提供膨胀空间，改善极片开裂掉粉的问题，并且还具备导离子性和自愈功能，因此，所述粘结剂能够显著电池的循环性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种粘结剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种硅基负极用粘结剂及其制备方法与应用，所述粘结剂通过接枝和功能化改性，使粘结剂具备较好的柔韧性、较高的粘性、优异的导离子特性和自愈功能，显著提升了活性物质层和集流体之间的附着力，使极片具备较高的剥离力，同时能为硅基膨胀提供膨胀空间，改善极片开裂掉粉和硅基材料电导率低的问题，显著提升了电池的循环性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种粘结剂，所述粘结剂包括四唑功能化的聚烯腈化合物，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，还接枝了聚烯醇缩醛类化合物和/或聚烯亚胺类化合物。
[0009]本专利技术所述粘结剂包括聚烯醇缩醛类化合物接枝的四唑功能化的聚烯腈化合物，
和/或聚烯亚胺类化合物接枝的四唑功能化的聚烯腈化合物，通过特定物质的接枝以及功能化，其一，使得本专利技术所述粘结剂具备较好的柔韧性，改善由于四唑功能化造成的粘结剂刚性过强的问题，同时由于粘结剂与粘结剂之间或粘结剂与硅材料间能通过氢键作用相互连接，当硅材料发生体积膨胀时，较弱的氢键将解离，在后续的循环过程中，通过柔韧性较高的高分子链的移动又会形成新的氢键，从而使粘结剂具备自愈功能；其二，提升了极片的剥离力，由于聚烯醇缩醛类化合物与金属之间具备较强的相互作用力，采用其进行接枝后，不仅使粘结剂的粘性提升，同时利用其与金属之间的强相互作用力，还提升了活性物质层对金属集流体的附着力，避免了活性物质层的脱落，提升了电池的循环性能。
[0010]其三，四唑功能化后，使所述粘结剂能够为硅基材料的体积变化提供空间，避免表面活性物质层开裂掉粉的问题，使本专利技术进行粘结剂与Si之间的相互作用力增强，达到了对Si的最佳包覆效果，使得Li离子在脱嵌过程中，为Si体积的膨胀变化提供缓冲空间；其四，提升了粘结剂的导离子特性，使活性物质之间形成了稳定的电导通，促进了离子和电子的传输，且有利于电极形成稳定的固体电解质界面(SEI)层；此外，由于聚烯亚胺类化合物中存在氮元素，聚烯亚胺类化合物的接枝能够使粘结剂形成网状结构，进一步提升了粘结剂对硅基材料的包裹效果。
[0011]本专利技术所述粘结剂优选为聚烯醇缩醛类化合物接枝的四唑功能化的聚烯腈化合物，由于聚烯醇缩醛类化合物进行接枝不仅能够提升粘结剂的柔韧性、导离子特性和粘性，其与金属之间存在强的相互作用，因此，能够进一步提升活性物质层对集流体的附着强度，提升了极片的剥离力，从而进一步提升了电池的循环性能。
[0012]优选地，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，聚烯醇缩醛类化合物接枝的程度为1
‑
20％，例如可以是1％、3％、5％、7％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为8
‑
18％。
[0013]优选地，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，聚烯亚胺类化合物接枝的程度为1
‑
20％，例如可以是1％、3％、5％、7％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为8
‑
18％。
[0014]本专利技术接枝的程度过小或过大，均无法发挥接枝的效果，同时无法使接枝和功能化相配合，会对粘结剂的柔韧性和粘性等性能造成影响，从而会影响极片的剥离力和电池的循环性能，因此，接枝化合物进行接枝的程度应在合理的范围内；本专利技术所述接枝的程度是指粘结剂中接枝化合物中所占的百分含量。
[0015]优选地，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，四唑功能化的程度为5
‑
35％，例如可以是5％、8％、10％、12.5％、15％、17.5％、20％、22.5％、25％、27.5％、30％、32.6％或、35％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为10
‑
30％。
[0016]由于唑基能够形成较好的氢键网络，四唑化程度过高会导致氢键网络太过密集，粘结剂自身粘度过大，使浆料加工难度增大，若四唑化程度过低，氢键作用不明显，粘结力不足，对于Si材料的包裹和束缚不够，因此，本专利技术四唑功能化的程度同样会影响粘结剂和电池的性能，应在合理的范围内；本专利技术所述四唑功能化的程度是指聚烯腈类化合物中的转换为四唑的氰基的百分含量。
[0017]优选地，所述聚烯醇缩醛类化合物的缩醛化程度为70
‑
85％，例如可以是70％、72.5％、75％、77.5％、80％、82.5％或85％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0018]由于聚烯醇缩醛类化合物是聚烯醇和醛缩合而成，所述缩醛化程度会对聚烯醇缩醛类化合物中羟基的含量造成影响，从而会对氢键的形成以及与金属的结合强度造成影响，因此，缩醛化程度过高或过低，则化合物中羟基含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括四唑功能化的聚烯腈化合物，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，还接枝了聚烯醇缩醛类化合物和/或聚烯亚胺类化合物。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，聚烯醇缩醛类化合物接枝的程度为1
‑
20％，优选为8
‑
18％；优选地，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，聚烯亚胺类化合物接枝的程度为1
‑
20％，优选为8
‑
18％；优选地，所述四唑功能化的聚烯腈化合物中，四唑功能化的程度为5
‑
35％，优选为10
‑
30％。3.根据权利要求1或2所述的粘结剂，其特征在于，所述聚烯醇缩醛类化合物的缩醛化程度为70
‑
85％；优选地，所述粘结剂的重均分子量为50万
‑
200万；优选地，所述接枝通过交联剂使接枝化合物与四唑功能化的聚烯腈化合物相连；优选地，所述交联剂包括N
‑
羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺或异丁氧基甲基丙烯基酸胺中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的粘结剂，其特征在于，所述聚烯醇缩醛类化合物包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛；优选地，所述聚烯亚胺类化合物包括聚乙烯亚胺和/或聚丙烯亚胺；优选地，所述聚烯腈类化合物包括聚丙烯腈、烷基取代聚丙烯腈、羟基取代聚丙烯腈或羧基取代聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)在接枝的聚烯腈化合物的溶液中加入叠氮化物和卤化铵，进行加热混合；所述接枝的聚烯腈化合物包括聚烯醇缩醛类化合物接枝的聚烯腈化合物，和/或聚烯亚胺类化合物接枝的聚烯腈化合物；(2)将步骤(1)所述加热混合后得到的溶液进行冷却，然后加入沉淀剂，得到产物，将所述产物经过后处理得到所述粘结剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加热混合的温度为60
‑
120℃，时间为1

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娇，邓云华，张浩，于清江，江柯成，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：