一种导电粘结剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂电池粘结剂技术领域，具体涉及一种导电粘结剂及其制备方法和应用。所述导电粘结剂由聚合物和配体在水中混合，进行高温加热反应制备而成。凭借聚合物所含极性官能团的特性，使其与刚果红、苯胺黑、胺基黑等配体物质发生交联，形成同时具备良好机械强度和稳定电子网络的导电粘结剂。导电粘结剂具备优异的粘结性与导电性，能有效提高电极在循环过程中的结构完整性和电子连接，提供了电极的循环稳定性，延长循环寿命。同时本发明专利技术制备方法与工艺简单，得到的导电粘结剂性能稳定，适合工业大规模化制备，具备广阔的市场化应用前景。具备广阔的市场化应用前景。具备广阔的市场化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种导电粘结剂及其制备方法和应用

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[0001]本专利技术属于锂电池粘结剂
，具体涉及一种导电粘结剂及其制备方法和在锂电池方面的应用。

技术介绍
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[0002]锂离子电池技术凭借其能量密度高、循环寿命长、制造成本低廉的固有优势，使便携式电子器件和小型器件的工作时间和寿命更长，因此在过去30年内占据了市场。与此同时，电池科学家们进一步致力于寻找取代传统钴酸锂和石墨的高比容量电活性材料。其中，硅材料资源丰富，理论比容量为4200mAh g
‑1，是石墨(372mAh g
‑1)的11倍以上，锂离子嵌锂/脱锂时的氧化还原电位低，是锂离子电池负极极具发展前景的材料。
[0003]然而，硅负极在循环过程中巨大的体积膨胀(>300％)会引起多种问题。包括：(1)电极结构的损坏，暴露在电解质中的硅表面不断消耗有限的锂离子生成厚的SEI膜，导致容量快速衰减；(2)在持续的体积变化中，硅颗粒由于产生的内应力会发生粉化，造成电池容量快速衰退；(3)由于体积的膨胀收缩，造成电极活性物质和导电颗粒的分离，使得导电网络体系不稳定。这些问题严重阻碍了硅材料在高能量密度锂离子电池中的应用。研究人员尝试使用不同方法来解决硅负极的问题，如制备不同结构的纳米硅、使用新型电解质添加剂以及高性能的粘结剂。研究表明，粘结剂中的极性基团如羧基、羟基，能够与硅表面的氧化物形成强分子间作用力氢键或共价键，相比于传统的聚偏氟乙烯，大大提高了粘结剂与硅之间的粘附力，保证了电极结构在循环过程中的稳定性，极大提高了硅电极的性能。但是，大多数拥有极性基团的粘结剂并不具备出色的导电能力，因此，在制备电极时需要加入导电添加剂如乙炔黑来保证电极的导电能力。而导电添加剂与活性材料硅之间只能通过粘结剂来保证二者之间的粘附，因此，硅颗粒在循环过程中很容易失去电子连接，造成容量的快速衰退。
[0004]目前，已有多数专利对硅负极导电粘结剂进行相关报道。如利用聚苯胺和酸性介质超声混合后，加入引发剂进行不断搅拌后得到复合粘结剂(公开号：CN105047935B)。又如利用多种二胺单体在氮气的保护作用下溶于有机溶剂，之后进行搅拌，再通过沉淀、洗涤、抽滤、干燥等流程得到聚酰亚胺导电粘结剂(公开号：CN113150277B)。虽然上述粘结剂都具备良好的导电性与机械性能，然而却存在原材料有毒以及合成工艺复杂的问题、不利于大规模制造使用。CN107793967A公开了一种通过水溶性高分子和小分子交联剂合成的粘结剂，虽然获得了良好的粘结性、弹性，提高了电极的结构稳定性，但是该粘结剂不具备导电性，在后续电极的制备中，仍需要加入导电添加剂。CN1006159271A同样也是使用含有羧基或羧酸盐基团的聚合物与小分子聚合得到交联粘结剂，但是该电极仅能够提高电极在循环过程中的稳定性，并不保证电极在不适用导电添加剂的情况下稳定循环。因此，开发一种既能保持良好导电性、机械性能，合成过程又简单、无害的粘结剂是本领域亟待解决的重要问题。

技术实现思路
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[0005]本专利技术针对目前锂离子电池硅负极粘结剂方面存在诸多问题的不足，提供了一种导电粘结剂及其制备方法和在锂电池方面的应用。本专利技术提供的导电粘结剂具备足够的机械强度，能够保证电极在持续体积变化中的结构完整性。并且在硅负极使用的过程中，可以不额外添加导电添加剂，有利于完整导电网络体系的保持。当应用在硅碳负极时，凭借导电与粘附双重功能，可以进一步发挥出电极的容量。本专利技术提供的导电粘结剂可以在电解液中保持优异的电化学稳定性，从而实现优秀的长循环性能。并且，本专利技术的粘结剂的制备方法简单环保，更适用于工业化大规模生产，具有广阔的工业化应用前景。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术的目的之一是提供一种导电粘结剂的制备方法，包括步骤如下：
[0008](1)先将聚合物加入水中配置成水溶液，随后加入配体，配置混合溶液；
[0009](2)将混合溶液进行加热一定时间；
[0010](3)将加热后的混合溶液进行干燥，得到导电粘结剂；
[0011]其中，所述聚合物为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖、聚丙烯酸的至少一种；所述配体为刚果红、苯胺黑、氨基黑的至少一种。
[0012]优选的，所述步骤(1)中，聚合物的分子结构中含极性官能团；配体中的分子结构中同样含有极性官能团，能够和聚合物的极性官能团进行反应结合。更优选的，所述的极性官能团包括羧基、羟基、胺基的至少一种。配体的结构具备共轭效应，共轭效应指由于体系中原子间的相互影响，使体系内部的Π电子或者P电子的分布产生变化的一种电子效应。由于体系上如
‑
NH2、
‑
OH的取代基能够增强体系中Π电子云密度，这些基团被认为具备给电子共轭效应，因此，具备该效应的物质能够提供一定的电子导电性。
[0013]优选的，所述步骤(1)中，配体为刚果红。以刚果红作为配体，可以进一步提高导电粘接剂相应的电极和电池的相关性能。更优选的聚合物为羧甲基纤维素钠。
[0014]优选的，所述步骤(1)中，先将聚合物配置成1％
‑
10％质量分数的水溶液，再边搅拌边加入配体，搅拌速率优选为1500rmin
‑1。更优选配制成1％的水溶液。
[0015]优选的，所述配体在聚合物与配体的总质量中的质量占比为33％
‑
70％。
[0016]优选的，所述步骤(2)中加热温度为为80
‑
100℃，在所述温度下能够进一步使反应充分进行，避免反应不充分导致未键合；更优选加热时间为5
‑
10h。更优选的温度为100℃加热5h；更优选采用水浴或油浴进行加热。
[0017]优选的，所述步骤(3)中干燥为将混合溶液放置在真空干燥箱，以100
‑
200℃进行烘干；更优选烘干时间为6
‑
12h；更优选于100℃下烘干8h；更优选的，干燥后将其研磨成粉末，得到导电粘结剂粉末。
[0018]本专利技术的另一目的是提供一种上述任一种制备方法制备得到的导电粘结剂。
[0019]本专利技术的又一目的是提供一种上述任一种制备方法制备得到的导电粘结剂在锂电池方面的应用。
[0020]优选的，所述导电粘结剂作为粘结剂应用于制备锂电池电极和/或锂电池。
[0021]优选的，所述电极的制备方法包括：将导电粘结剂和活性物质加入水中，进行搅拌处理，将搅拌后的浆料利用涂覆器涂在集流体上，干燥得到电极；
[0022]更优选的，活性物质和导电粘结剂的质量比为8：2；
[0023]更优选的，浆料中固体含量控制在15％
‑
30％；
[0024]更优选的，浆料中还可以包括有导电添加剂，更优选导电添加剂的投料量在导电粘结剂、导电添加剂、活性物质所有固体总质量的质量分数为3％
‑
10％；更优选导电添加剂为乙炔黑；添加导电添加剂，可以进一步提升电极和电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电粘结剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)先将聚合物加入水中配置成水溶液，随后加入配体，配置混合溶液；(2)将混合溶液进行加热一定时间；(3)将加热后的混合溶液进行干燥，得到导电粘结剂；其中，所述聚合物为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖、聚丙烯酸的至少一种；所述配体为刚果红、苯胺黑、氨基黑的至少一种。2.根据权利要求1所述一种导电粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，配体为刚果红。3.根据权利要求2所述一种导电粘结剂的制备方法，其特征在于，聚合物为羧甲基纤维素钠。4.根据权利要求1所述一种导电粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，先将聚合物配置成1％
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10％质量分数的水溶液，再边搅拌边加入配体。5.根据权利要求1所述一种导电粘结剂的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育京，韩林，陶新永，刘铁峰，朱铭振，吴佳玮，张武，王垚，佴建威，罗剑敏，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：