一种具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及电池电极粘结剂领域，具体提供一种具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂及其应用

【技术实现步骤摘要】
一种具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂及其应用


[0001]本专利技术涉及电池电极粘结剂领域，具体的说是一种具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂及其应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池在现代社会中已广泛应用于电动汽车
、
混合动力汽车和规模存储等领域
。
尽管近几十年来锂电池的能量密度有大幅提高，但仍然满足不了市场对锂电池能量密度和功率密度的需求
。
因此，发展高比容量电极材料如硫或硅势在必行
。
硅，由于其高的理论比容量（
4200 mAh/g
），高的天然丰度，低成本
、
环保和无毒的优点被认为是最有前途的下一代锂电池负极材料之一
。
然而，由于充放电过程中的巨大体积变化（
>300%
）诱导了硅颗粒结构粉化，导致硅负极电池的快速容量衰减
。
另外，硫正极的质量比容量和体积能量密度分别为
1675 mAh/g
和
2800Wh/L
，是商业化锂离子电池（如钴酸锂
、
磷酸铁锂）正极材料的数倍，因而具有巨大的应用前景
。
但是，锂硫电池在充放电过程中，硫活性材料还原产生的锂硫化物会在电解液中溶解
、
扩散，产生“穿梭效应”，导致活性材料的不断流失和库仑效率的衰减
。
而且，硫正极体积膨胀问题也造成了硫电极内部电子传输失效和界面破坏，导致电池循环性能不足
。
这类电极的体积膨胀导致的电池性能快速衰退正成为制约电极材料发展的瓶颈问题
。
[0003]目前研究表明，电极粘结剂是改善上述问题的有效途径，电极粘结剂的开发也取得了一定的进展，现阶段报道的粘结剂，从结构上分为线性和支化聚合物粘结剂等，从功能上包括自修复和共轭导电粘结剂等（
InfoMat.2021,3, 460
–
501
）
。
其中，自修复粘结剂因对电极体积变化引起的裂纹具有良好的修复能力而备受关注
。
例如，专利
CN111518279B
公开了一种基于芳香族二硫键的聚硅氧烷作为自修复粘结剂用于电极材料
。
该粘结剂通过二硫键的可逆断裂来实现电极的自修复能力；专利
CN112652773A
公开了一种锂硫电池正极用多功能自修复粘结剂及其制备方法和应用
。
该粘结剂由苯硼酸接枝聚丙烯酸
、
硫代甘油接枝聚轮烷和硫代甘油接枝阳离子聚轮烷组成
。
这种粘结剂通过主
‑
客体相互作用来实现自修复能力，能自主修复正极在充放电循环过程中产生的裂纹或微损伤，确保活性物质与导电剂具有良好的界面接触和导电通路的完整性；
CN112279981A
公开了一种含有软相区和硬相区的聚合物粘结剂及其制备方法和应用
。
该粘结剂利用含有氢键
、
主客体相互作用
、
动态共价键
、
弱配位键的功能基团形成动态可逆的相互作用，可广泛应用于硅负极或者硅
/
石墨掺混负极
。
然而，目前报道的自愈合粘合剂通常利用可逆的超分子作用力实现自修复能力，存在动态可逆键的断裂能低
、
易受力破坏导致电极体积不断膨胀的问题
。
这种体积膨胀会破坏电极
‑
电解质界面，造成电解液的不断消耗和电池性能的快速衰减
。
综上，高比容量硅或硫电极粘结剂的开发已成为科学界研究的热点之一
。
目前报道的粘结剂虽然在一定程度上改善了电极循环性能，但是还不足以有效抑制电极体积膨胀带来的电池性能不足问题
。
因此急需开发一种具有自修复功能且抑制电极膨胀的粘结剂
。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本专利技术采用的技术方案为：一种具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂，该具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂由大量四氮唑
—
羧酸离子键形成
。
[0005]所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂由含有大量四氮唑基团聚合物与聚丙烯酸共混制备，粘结剂中含有大量四氮唑基团聚合物与聚丙烯酸的质量比为（
1~10
）：（
1~10
）
。
[0006]所述的聚丙烯酸结构通式为：，
n
的取值为
100
‑
10000。
[0007]一种上述所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂溶液的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将含有腈基官能团的组分
A
和含有叠氮官能团的组分
B
或组分
C
加入到溶剂中，在
100~200 ℃
下反应5‑
24
小时，然后在不良溶剂中析出，洗涤，干燥即得含有大量四氮唑基团聚合物
。
其中，组分
A
和组分
B
（组分
C
）质量比为（
1~10
）：（
1~10
）；每毫升溶剂加入
20~100 mg
组分
A
；所述含腈基官能团的组分
A
结构为：，所述含叠氮官能团的组分
B
结构为，组分
C
结构为，其中，
R1, R2, R3，
R4分别独立地选自卤素
、
羟基
、
羧酸
、
磺酸
、
磷酸
、
羧酸盐
、
磺酸盐
、
磷酸盐
、
氨基甲酰基
、
十八碳以下的烷氧基
、
十八碳以下的烷基氨基
、
十八碳以下的烷硫基
、
十八碳以下的烷氧硅烷基
、
十八碳以下的烷酰基
、
十八碳以下的磺酰基
、
羧酸盐
、
磺酸盐
、
磷酸盐或十八碳以下的芳基或杂芳基；
x
的取值为
0~1000, y
的取值为
100~1000, z 的取值为
0~1, q
的取值为0‑
5, a
的取值为
1~200, b
的取值为
20~300。
[0008]S2. 将
S1
所得的含有大量四氮唑基团聚合物与聚丙烯酸按比例混合后加入溶剂溶解，得到粘结剂溶液
。
[0009]所述步骤
S1
中所述溶剂为能够将含有腈基官能团本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂，其特征在于，该粘结剂含大量具有自修复能力的四氮唑
—
羧酸离子键交联网络
。2.
如权利要求1所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂，其特征在于，该粘结剂由含有大量四氮唑基团聚合物与聚丙烯酸共混制备
。3.
如权利要求2所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂，其特征在于，该粘结剂中含有大量四氮唑基团聚合物与聚丙烯酸的质量比为（
1~10
）：（
1~10
）
。4.
如权利要求2所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂，其特征在于，含有大量四氮唑基团聚合物由含有腈基官能团的组分
A
和含有叠氮官能团的组分
B
或
C
在高温下环加成反应制备，所述含腈基官能团的组分
A
结构通式为；所述含叠氮官能团的组分
B
的结构通式为，
C
的结构通式为；其中，
R1, R2, R3，
R4分别独立地选自氢
、
卤素
、
羟基
、
羧酸
、
磺酸
、
磷酸
、
羧酸盐
、
磺酸盐
、
磷酸盐
、
氨基甲酰基
、
十八碳以下的烷氧基
、
十八碳以下的烷基氨基
、
十八碳以下的烷硫基
、
十八碳以下的烷氧硅烷基
、
十八碳以下的烷酰基
、
十八碳以下的磺酰基
、
羧酸盐
、
磺酸盐
、
磷酸盐或十八碳以下的芳基或杂芳基；
x
的取值为
0~1000, y
的取值为
100~1000, z 的取值为
0~1, q
的取值为0‑
5, a
的取值为
1~200, b
的取值为
20~300。5.
如权利要求1所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂，其特征在于，所述电极粘结剂弹性模量为
10
‑
300 MPa
，断裂伸长率为
10
‑
2000%。6.
一种权利要求要求1所述的具有自修复能力的离子键交联网络电极粘结剂溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将含有腈基官能团的组分
A
和含有叠氮官能团的组分
B
或组分
C
按一定质量比加入到溶剂中，在
100~200 ℃
下反应5‑
24
小时，然后在不良溶剂中析出，洗涤，干燥即得含有大
量四氮唑基团聚合物；所述含腈基官能团的组分
A
结构通式为；所述含叠氮官能团的组分
B
的结构通式为，
C
的结构通式为；其中，
R1, R2, R3，
R4分别独立地选自氢
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：董甜甜，穆卫东，崔浩然，
申请(专利权)人：青岛中科赛锂达新能源技术合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：