【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源储能材料，特别涉及一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、锂离子电池(libs)作为一种技术已经成熟，并在广泛的应用中作为动力源。然而，以电动汽车为代表的新兴应用对关键的电化学特性提出了不断挑战的标准。电池目前广泛应用于电动汽车、手机、笔记本电脑、智能穿戴设备等便携式电化学储能市场。随着市场对锂电池的能量密度，安全性，可靠性，快速充电和循环稳定性的要求不断提高。为了实现高能量转换效率和能量密度，高性能电化学储能技术已成为研究的热点。
2、硅的理论储锂比容量为4200mah g-1，在所有能够合金化且可以储锂的元素中，硅的比容量是最高的；且硅的电压平台略高于石墨(约为0.4v)，在低温充电或快速充电(嵌锂)时引起表面析锂的可能性小，安全性能要好于石墨；另外，硅的储备非常充足，其约占地壳总重量的25.7％，而且使用硅作为电池负极材料的成本低，对环境比较友好且无毒。但用硅用作负电极材料时，也会存在一些缺陷。硅在颗粒在嵌锂时，会导致巨大的体积效应，多次充放电之后会引起电极材料的破裂。随后，引起强机械应力，电极活性材料和集电器之间的接触损失，并且活性的硅也发生粉化，从而导致电极的容量的快速衰减。
3、硅被电化学储存用于锂时，产生固体电解质界面膜，即sei膜。在脱锂时，硅颗粒变小导致sei膜破裂，从而使新的硅表面暴露并且与电解质接触。在随后的多个循环期间，在新暴露的硅表面上产生新的sei膜。这些sei薄膜是电子绝缘体(用于锂离子的导体)，其对循环性能具有很大影响并且
4、目前商业电池最常用的粘结剂是聚偏氟乙烯(pvdf)，但是pvdf作为粘结剂时分子间只能以范德华力进行连接，容易断裂，对于具有严重体积膨胀效应的硅基材料来说无法提供有效的粘结力，导致电极材料易脱落，从而电池循环不稳定，容量衰减迅速。近些年，生物质粘结剂发展较为迅猛，常用的生物质粘结剂有海藻酸钠，阿拉伯胶，瓜尔豆胶，黄原胶等等。但是目前瓜尔豆胶的初识库伦效率不高，且循环稳定性差，并且较快出现容量衰减。而目前设计的粘结剂的设计主要是通过羟基、羧基之间发生缩合反应生成酯键合成交联粘结剂。因此，开发性能优异，制备简单，成本低廉的粘结剂是目前研究的目标。
技术实现思路
1、本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法。
2、本专利技术的另一目的在于提供所述方法制备得到的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料。
3、本专利技术的再一目的在于提供所述具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的应用。
4、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
5、一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，包括如下步骤：
6、(1)水解处理：将瓜尔豆胶溶解到水中，于30～100℃、搅拌条件下进行水解反应，得到瓜尔豆胶溶液；将柠檬酸溶解到水中，于搅拌条件下进行水解反应，得到柠檬酸溶液；
7、(2)再水解处理：将瓜尔豆胶溶液和柠檬酸溶液混合后再加入甘油，得到反应液；然后将反应液在搅拌条件下进行再水解反应，得到具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料。
8、步骤(1)中所述的瓜尔豆胶溶液的浓度为5～15mg/ml；优选为10mg/ml。
9、步骤(1)中所述的柠檬酸优选为一水合柠檬酸。
10、所述的一水合柠檬酸的用量为按每毫升水配比15～45mg一水合柠檬酸计算；优选为按每毫升水配比30mg一水合柠檬酸计算。
11、步骤(1)中所述的水优选为去离子水。
12、步骤(1)中，瓜尔豆胶水解反应的温度优选为40～90℃；进一步优选为40～80℃；更进一步优选为60℃。
13、步骤(1)中所述的水解反应的时间均为2～3小时；优选为3小时。
14、步骤(2)中所述的反应液中的瓜尔豆胶的浓度为质量百分比0.1～10％；优选为质量百分比0.1～5％；进一步为质量百分比0.6～0.7％；再进一步优选为质量百分比0.65％。
15、步骤(2)中所述的反应液中的柠檬酸的浓度为质量百分比0.1～10％；优选为质量百分比0.1～5％；进一步为质量百分比0.6～0.7％；再进一步优选为质量百分比0.65％。
16、步骤(2)中所述的反应液中的甘油的浓度为质量百分比4～50％；优选为质量百分比4.5～20％；进一步为质量百分比4.6～11.1％；再进一步优选为质量百分比11.1％。
17、步骤(2)中所述的再水解反应的时间为2～3小时；优选为3小时。
18、一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料，通过上述任一项所述的方法制备得到。
19、所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。
20、所述的锂离子电池负极材料包括锂离子电池负极片等。
21、一种锂离子电池负极片，包括活性材料纳米硅、导电剂以及上述具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料。
22、所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料占活性材料纳米硅、导电剂和具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料总质量的10～20％；优选为占活性材料纳米硅、导电剂和具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料总质量的10％。
23、所述的硅纳米颗粒占活性材料纳米硅、导电剂和具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料总质量的80～90％；优选为占活性材料纳米硅、导电剂和具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料总质量的85％。
24、所述的导电剂占活性材料纳米硅、导电剂和具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料总质量的5～10％；优选为占活性材料纳米硅、导电剂和具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料总质量的5％。
25、所述的活性材料纳米硅的粒径为20～60nm。
26、所述的导电剂为导电炭黑、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(pedot/pss)、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种；优选为导电炭黑和碳纳米管；更优选为导电炭黑和碳纳米管按质量比9.7：0.1混合得到的导电剂。
27、所述的锂离子电池负极片的制备方法，将硅纳米颗粒、导电剂、上述具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料和水搅拌混合均匀，得到电池极片浆料；然后将电池极片浆料涂布成膜，置于60～120℃条件下真空干燥，再经辊压(冲压)，得到锂离子电池负极片。
28、所述的搅拌的时间为6～8h；优选为6h。
29、所述的真空干燥的温度优选为60～80℃；更优选为60℃。
30、所述的真空干燥的时间为10～24h；优选为12h。
31、所述的锂离子电池负极片的厚度可以根据实际需要进行选择；优选为70～140微米；进一步优选为80微米。
32、所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料和/或所述的锂离子电池负极片在制备锂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
6.一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料，其特征在于：通过权利要求1～5任一项所述的方法制备得到。
7.权利要求6所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。
8.一种锂离子电池负极片，其特征在于：包括活性材料纳米硅、导电剂以及权利要求6所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料；
9.权利要求6所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料和/或权利要求8所述的锂离子电池负极片在制备锂离子电池中的应用。
10.一种纽扣电池，其特征在于：包
...【技术特征摘要】
1.一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料的制备方法，其特征在于：
6.一种具有自愈合性能的硅碳负极粘结剂材料，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯贤华，刘馨舟，何圣功，
申请(专利权)人：华南师大清远科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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