一种提高硅基负极电性能的粘接剂制造技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，提供了一种提高硅基负极电性能的粘接剂

【技术实现步骤摘要】
一种提高硅基负极电性能的粘接剂、电池负极及用途


[0001]本专利技术属于电池材料
，涉及一种提高硅基负极电性能的粘接剂
、
电池负极及用途
。

技术介绍

[0002]目前，商业化的锂离子电池主要使用石墨类碳基负极材料，但是其理论比容量值仅为
372mAh/g
，远远无法满足电动汽车对高比容量电池的需求
。
在众多非碳基负极备选材料中，硅以其最高理论比容量值（
4200mAh/g
）得到了电池领域的极大关注
。
然而硅基材料在锂离子的嵌入和脱嵌过程中发生巨大的体积变化（
400%
），如此剧烈的体积收缩和膨胀所产生的机械作用力会使得活性材料硅从集流体上脱落而失去电接触，并且导致硅的机械粉化，造成比容量值迅速下降，最终造成电池容量的迅速衰减
。
[0003]因此，需要采用粘接剂将硅基负极材料粘附在集流体上，硅基材料的粘接剂可以稳定极片结构
、
缓冲充放电过程中极片的膨胀
/
收缩，硅基材料的粘接剂是影响电极首次充放电效率和后续循环稳定性的关键因素之一，粘结力弱的粘接剂无法保持硅活性材料之间的电接触活性，会导致电极首效偏低和后续比容量衰减，影响高能量密度电池性能的实现
。
[0004]目前，运用非常广泛的电极粘接剂主要有
PVDF、
甲基纤维素和
SBR。
但
PVDF
与电解液中的丙烯碳酸酯作用时容易发生溶胀，造成电极结构变形，同时粘结力降低，从而导致电池循环过程中容量衰减较快；而甲基纤维素中的羧基基团和硅复合物表面的烃基基团会发生脱水反应，形成较强的共价连接，增强了电极结构的完整性，但是甲基纤维素的刚性大
、
断裂伸长率低（5‑
8%
），不能完全消除应力，因此在重复的循环过程中往往会产生裂缝，导致电池容量衰减明显；而
SBR
虽然具有一定的弹性，但粘结能力较弱，并且在电池充放电过程中会发生碳
‑
碳双键降解，造成粘接剂失效
。
[0005]因此，为解决上述技术问题，需要开发一种粘结性能优异且具有优异束缚效果的负极粘接剂，实现对硅基材料体积膨胀的有效抑制，从而提高锂离子电池的电性能
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种提高硅基负极电性能的粘接剂
、
电池负极及用途，通过调整负极粘接剂的组成和配比，将其加入负极活性浆料中制成电池负极，使得电池负极中的负极集流体和负极活性层之间具有良好的整体连接性，不仅可以减小电芯的阻抗，而且使电池负极具备良好的加工性和机械性，从而满足实际生产的需要
。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术一种提高硅基负极电性能的粘接剂，所述粘接剂包括甲基纤维素
、
柠檬酸
、
海藻酸钠
、
聚苯乙烯丁二烯共聚物
、
成膜剂和去离子水
。
[0008]硅基负极活性物质在循环过程中会产生巨大的体积膨胀，进而导致负极活性层出现裂纹甚至从负极集流体上脱落，从而失去电连接使得锂离子电池的容量迅速衰减
。
本发
明通过调整负极粘接剂的组成和配比，将其加入负极活性浆料中制成电池负极，使得电池负极中的负极集流体和负极活性层之间具有良好的界面结合强度，使电池负极具备良好的加工性和机械性，从而满足实际生产的需要
。
[0009]本专利技术提供的粘接剂中的各组分按功能分为复合包埋组分和复合粘结组分，其中，柠檬酸和海藻酸钠形成复合包埋组分，复合包埋组分可以通过化学手段和物理手段均匀包覆在硅基负极活性物质表面
。
甲基纤维素和聚苯乙烯丁二烯共聚物形成复合粘结组分，其中，聚苯乙烯丁二烯共聚物发挥了物理粘结作用，甲基纤维素与硅基负极活性物质表面包覆的柠檬酸发生酯化反应形成酯键，发挥了化学连接作用，复合粘结组分通过物理粘结作用和化学连接作用将被包覆的硅基负极活性物质连接起来形成三维网络结构，三维网络结构具有更多的空间变形冗余，可以有效缓冲硅基负极活性物质在嵌锂和脱锂过程中发生的体积膨胀现象，以保证在循环过程中负极活性层与负极集流体之间良好的电连接，确保负极活性层中的导电网络和电极结构的完整性，最终提高了锂离子电池的电化学性能
。
[0010]硅基负极活性物质与电解液接触后会在硅基负极活性物质表面发生副反应，使得硅基负极活性物质表面生成
SEI
膜，导致电解液被大量消耗，使得锂离子电池的阻抗增加，电池容量衰减
。
本专利技术在粘接剂中加入了一定量的成膜剂，在制备负极活性浆料时，成膜剂可以包覆在硅基负极活性物质表面，将其涂覆于负极集流体后，经辊压烘干，使得硅基负极活性物质的表面形成均匀的膜层，可以有效避免负极活性层中的硅基负极活性物质和电解液直接接触，降低了副反应的发生概率，使得电芯在充放电过程中形成的
SEI
膜更加稳定致密且不会随循环次数的增加而增厚，提高了电池负极与电解液的相容性，使电池负极的循环稳定性得到提升，最终使得锂离子电池的容量保持率和循环性能显著提高
。
[0011]作为本专利技术一种优选的技术方案，以所述粘接剂的质量份为
100
份计，所述粘接剂包括如下质量份的各组分：甲基纤维素 12
‑
26
份；柠檬酸 10
‑
15
份；海藻酸钠 5
‑8份；聚苯乙烯丁二烯共聚物 10
‑
15
份；成膜剂 2
‑5份；其余为去离子水
。
[0012]其中，甲基纤维素的质量份可以是
12
份
、13
份
、14
份
、15
份
、16
份
、17
份
、18
份
、19
份
、20
份
、21
份
、22
份
、23
份
、24
份
、25
份或
26
份，柠檬酸的质量份可以是
10
份
、10.5
份
、11
份
、11.5
份
、12
份
、12.5
份
、13
份
、13.5
份
、14
份
、14.5
份或
15
份，海藻酸钠的质量份可以是
5.0
份
、5.2
份
、5.4
份
、5.6
份
、5.8
份
、6.0
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种提高硅基负极电性能的粘接剂，其特征在于，所述粘接剂包括甲基纤维素
、
柠檬酸
、
海藻酸钠
、
聚苯乙烯丁二烯共聚物
、
成膜剂和去离子水
。2.
根据权利要求1所述的提高硅基负极电性能的粘接剂，其特征在于，以所述粘接剂的质量份为
100
份计，所述粘接剂包括如下质量份的各组分：甲基纤维素 12
‑
26
份；柠檬酸 10
‑
15
份；海藻酸钠 5
‑8份；聚苯乙烯丁二烯共聚物 10
‑
15
份；成膜剂 2
‑5份；其余为去离子水
。3.
根据权利要求1所述的提高硅基负极电性能的粘接剂，其特征在于，所述甲基纤维素为羧甲基纤维素和
/
或羟丙甲基纤维素
。4.
根据权利要求1所述的提高硅基负极电性能的粘接剂，其特征在于，所述成膜剂为聚乙二醇
、
聚乙烯醇
、
十二烷基苯磺酸钠
、
硬脂酸中的任意一种或至少两种的组合
。5.
一种电池负极，其特征在于，所述电池负极包括负极集流体以及设置于所述负极集流体表面的负极活性层；所述负极活性层采用如下方法制备得到：将硅基负极活性物质

【专利技术属性】
技术研发人员：胡天喜，李荐，蔡明军，戴建安，嵇建兴，
申请(专利权)人：浙江煌能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：