一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂制造技术

本发明专利技术提供一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，涉及锂离子电池电极材料技术领域。该绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，由以下组份组成：生物质原料、硅颗粒、聚合物、交联剂和溶剂，上述各组份质量百分比如下：生物质原料20

【技术实现步骤摘要】
一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂


[0001]本专利技术涉及电池电极材料
，具体为一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种高性能、轻量化、高能量密度的新型能源装置被广泛应用于电动汽车、储能系统、智能手机等领域，为促进可持续发展和降低环境污染做出了贡献。但是，在电池的生产、使用和处理过程中，也会带来一定的环境压力。
[0003]硅基负极体积膨胀问题不仅会影响电池的性能和寿命，还会增加电池制造过程中的材料消耗和废弃物产生，进一步加剧环境压力。因此，解决硅基负极体积膨胀问题具有重要的环保意义。
[0004]为了克服硅基负极的体积膨胀问题，在研发硅基负极材料时，可以采用绿色环保的设计方法，通过结构和表面设计等方法进行材料功能的改善，可以减少电池中硅材料的使用量和排放物的产生，从而更好地保护环境并提升电池的性能和使用寿命，因此，本专利技术提出一种一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，以解决现有硅基负极膨胀问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，提高硅基负极的结构稳定性，减少其因体积膨胀而引起的颗粒脱落和损坏，且可以有效减轻环境污染和资源压力。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，由以下组份组成：生物质原料、硅颗粒、聚合物、交联剂和溶剂；
[0007]上述各组份质量百分比如下：生物质原料20
‑
>40％、硅颗粒20
‑
40％、聚合物10
‑
30％、交联剂10
‑
30％和溶剂5
‑
20％。
[0008]优选的，所述聚合物为聚丙烯酸或聚苯乙烯酸。
[0009]优选的，所述交联剂为MTEA或PTE。
[0010]优选的，所述生物质原料为麦秸秆纤维素。
[0011]优选的，所述麦秸秆纤维素由以下步骤制得：
[0012]S10、取麦秸秆投入粉碎设备中粉碎研磨呈颗粒状，通过筛网筛除其中杂质和灰尘，得到秸秆颗粒；其中，秸秆颗粒粒径≤2mm；
[0013]S11、将得到的秸秆颗粒投入反应釜中，加入碱性溶液，进行碱处理，常温下反应，得到物料A；其中，碱性溶液为浓度5％的NaOH，反应温度40
‑
60℃，反应时间12
‑
24h；
[0014]S12、将得到的物料A用水进行清洗，然后通过离心机进行分离，收集得到纤维素纤维；
[0015]S13、将得到的纤维素纤维使用氧化处理溶液进行氧化处理，并将处理后的纤维素纤维按照S12中清洗以及分离步骤重复2
‑
3次，去除多余的碱性和酸性残留物，得到物料B；
其中，氧化处理溶液为浓度5
‑
15％的NaOH或NaClO，反应温度40
‑
60℃，反应时间10
‑
24h；
[0016]S14、将得到的物料B通过旋转真空干燥器进行干燥，得到所述麦秸秆纤维素。
[0017]优选的，所述硅颗粒为微米级硅颗粒。
[0018]优选的，所述溶剂为NMP、DMF和DMC中的一种。
[0019]本专利技术另一目的在于提供一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S20、将生物质原料和聚合物按照规定比例投入搅拌设备中进行搅拌混合均匀，得到第一混合物；
[0021]S21、将硅颗粒按照规定比例投入到第一混合物中，进行搅拌混合，得到第二混合物；
[0022]S22、将得到的第二混合物投入反应容器中，加入规定比例的溶剂，搅拌至混合物完全溶解，得到溶解物；
[0023]S23、向溶解物中加入规定比例的交联剂，搅拌均匀后在室温下静置20
‑
30min，得到粘合剂。
[0024]优选的，所述S20步骤中聚合物为聚苯乙烯酸。
[0025]优选的，所述S22步骤中溶液为NMP。
[0026]优选的，所述S23步骤中交联剂为PTE。
[0027]本专利技术提供了一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂。具备以下有益效果：
[0028]1、本专利技术通过添加的麦秸秆纤维素可在硅颗粒表面形成一定的包覆层或者纤维状支撑结构，从而提高硅基负极的结构稳定性，减少其因体积膨胀而引起的颗粒脱落和损坏，且可以有效减轻环境污染和资源压力。
[0029]2、本专利技术通过微米级硅颗粒的加入可以减轻负极材料的体积变化，防止其结构损伤和断裂，延长电池的寿命，且能够加速锂离子在负极与电解质之间的传输速率，从而提高电池的放电性能和循环寿命。
[0030]3、本专利技术通过加入的交联剂可以通过强化粘结剂的交联结构，进一步提高其黏着强度和稳定性，从而增加了锂离子电池负极材料与粘结剂之间耐循环的粘合强度，抑制了锂离子电池的体积膨胀。
[0031]4、本专利技术提供的粘结剂制备方法中通过加入的聚苯乙烯酸能够在硅基负极材料和集流体之间形成交联结构，提供较强的黏附力，从而提高硅基负极的机械强度，并缓解体积膨胀所带来的应力。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]随着锂离子电池的广泛应用，硅基负极由于具有高能量密度和丰富的资源等优点，成了备受关注的研究热点之一。但是硅基负极在充放电循环中会有较大的体积变化，容易引起电极失稳甚至机械破坏，这是影响硅基负极应用的主要障碍之一。
[0034]为了解决硅基负极体积膨胀问题，一种有效的策略是在硅基负极中添加生物质粘结剂，来加强电极的机械稳定性和电化学性能。生物质粘结剂作为一种可再生的天然材料，不仅能够有效地减轻锂离子电池对环境的负面影响，而且在电化学性能、机械性能和热稳定性方面都具有一些优异的特点。
[0035]综上所述本专利技术提供一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，用于缓解硅基负极在充放电循环的体积变化；
[0036]具体地，该粘结剂由以下组份组成：生物质原料、硅颗粒、聚合物、交联剂和溶剂；其中，生物质原料为麦秸秆纤维素。
[0037]本实施例中，通过添加的麦秸秆纤维素可在硅颗粒表面形成一定的包覆层或者纤维状支撑结构，从而提高硅基负极的结构稳定性，减少其因体积膨胀而引起的颗粒脱落和损坏；且麦秸秆纤维素即生物质作为一种天然的、可再生的高分子材料，其在锂离子电池负极材料中的应用可以有效减轻环境污染和资源压力。
[0038]其中，加入的硅颗粒可以填充分散在聚合物中的硅粉末的空隙，限制其体积膨胀。硅颗粒可以有效增加锂离子电池负极材料导电性、缓解体积膨胀、增加负极过电位稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，其特征在于，由以下组份组成：生物质原料、硅颗粒、聚合物、交联剂和溶剂；上述各组份质量百分比如下：生物质原料20
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40％、硅颗粒20
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40％、聚合物10
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30％、交联剂10
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30％和溶剂5
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20％；所述聚合物为聚丙烯酸或聚苯乙烯酸；所述交联剂为MTEA或PTE。2.根据权利要求1所述的一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，其特征在于，所述生物质原料为麦秸秆纤维素。3.根据权利要求2所述的一种绿色环保高性能硅基负极用粘结剂，其特征在于，所述麦秸秆纤维素由以下步骤制得：S10、取麦秸秆投入粉碎设备中粉碎研磨呈颗粒状，通过筛网筛除其中杂质和灰尘，得到秸秆颗粒；其中，秸秆颗粒粒径≤2mm；S11、将得到的秸秆颗粒投入反应釜中，加入碱性溶液，进行碱处理，常温下反应，得到物料A；其中，碱性溶液为浓度5％的NaOH，反应温度40
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60℃，反应时间12
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24h；S12、将得到的物料A用水进行清洗，然后通过离心机进行分离，收集得到纤维素纤维；S13、将得到的纤维素纤维使用氧化处理溶液进行氧化处理，并将处理后的纤维素纤维按照S12中清洗以及分离步骤重复2
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3次，去除多余的碱性和酸性残留物，得到物料B；其中，氧化处理溶液为浓度5
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15％的NaOH或NaClO，反应温度40
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60℃，反应时间10
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【专利技术属性】
技术研发人员：何梓鹏，袁浩然，徐小亚，顾菁，王亚琢，袁鑫，
申请(专利权)人：佛山市科恒博环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：