【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料，涉及到一种水系共价交联型粘结剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、为解决续航里程问题并进一步降低成本，研发高能量密度的锂离子电池势在必行。
2、硅以其理论比容量大、储量丰富等优势成为当下开发高能量密度电池负极材料的优选，硅通过与锂离子形成合金的方式实现锂离子的存储与释放，其理论比容量高达4200mah·g-1，约是现今商业化石墨负极(372mah·g-1)的十几倍。但是在实际应用过程中，受硅负极储锂形式的影响，硅在与锂形成合金后，会难以避免的出现近400％的体积膨胀，而锂离子电池的充放电过程使得锂离子从硅负极中反复脱嵌，多次的体积膨胀收缩造成了电极内部的应力变化，导致电极开裂，继而使电极材料粉化脱落，这一现象会导致电池容量急剧衰减，影响电池的循环性能。
3、针对上述问题，考虑到硅颗粒改性复杂、成本高的问题，因此从水系共价交联型粘结剂角度出发，设计开发一种新型水系共价交联型粘结剂来缓解硅的体积膨胀、稳定电极结构成为相关领域的一个重要课题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种水系共价交联型粘结剂及其制备方法和应用，其结构中的磷酸基团可以与硅表面的羟基形成偶极-偶极和离子-偶极相互作用，进而提升材料对于硅的粘结能力，稳固电极结构；且通过二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯实现的高分子内部交联可以显著提升材料的机械性能，有利于缓解硅负极的体积膨胀带来的极片开裂，提升电池的循环性能。
2、本专利技术提供了一
3、将含有双键的单体a溶于去离子水中，接着加入二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯作为交联剂，并加入引发剂进行聚合反应，即可制得水系共价交联型粘结剂。
4、进一步地，所述单体a水溶液的浓度为0.01～0.10g/ml，二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯占单体a的2～10mol％，引发剂占单体a和二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯总质量的1～5％；
5、进一步地，所述单体a为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯类中的一种。
6、进一步地，所述聚合反应为紫外光引发聚合。
7、进一步地，所述紫外光引发聚合反应过程中所用的引发剂为754光引发剂、819光引发剂、1-羟基环已基苯基甲酮和2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种。
8、进一步地，所述紫外光引发聚合的时间为5～30min，温度为50～70℃。
9、上述的制备方法所制备得到的水系接枝交联型粘结剂。
10、上述水系接枝交联型粘结剂在制备锂离子电池负极材料中的应用。
11、一种制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：
12、称取一定质量的硅粉和导电添加剂加入上述的水系接枝交联型粘结剂水溶液中，搅拌均匀后涂覆在铜箔上进行干燥，得到极片备用；
13、所述硅粉粒径为60～100nm；所述导电添加剂为乙炔黑、科琴黑、super p、碳纳米管中的一种或多种；所述硅粉、导电添加剂和水系接枝交联型粘结剂的质量比为50～70:30～20:20～10；
14、所述搅拌时间为6～12h，干燥温度为60～120℃，干燥时间为10～15h。
15、上述制备锂离子电池负极材料的方法所制备的锂离子电池硅负极材料。
16、本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：
17、1、本专利技术以二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯作为交联剂,通过动静态交联相结合的方式，实现的高分子内部交联，实现粘结剂共价交联网络的构建，可以显著提升材料的机械性能，有利于缓解硅负极的体积膨胀带来的极片开裂，提升电池的循环性能；其结构中的磷酸基团可以与硅表面的羟基形成偶极-偶极和离子-偶极相互作用，进而提升水系共价交联型粘结剂对硅的粘结能力，稳固电极结构，利于循环性能的提升。
18、2、本专利技术提供的水系共价交联型粘结剂制备方法的合成条件简单，反应溶剂环保无毒。
19、3、本专利技术提供的水系共价交联型粘结剂制备方法所选用的紫外引发聚合方法具备简便高效的优势。
20、4、本专利技术采用原位制备极片的方法省去了聚合物的后处理步骤，简单便捷。
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1.一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述单体A水溶液的浓度为0.01～0.10g/mL，二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯占单体A的2～10mol％，引发剂占单体A和二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯总质量的1～5％。
3.根据权利要求1所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述单体A为丙烯酸、丙烯酸酯类、丙烯酰胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述聚合反应为紫外光引发聚合反应。
5.根据权利要求4所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述紫外光引发聚合反应过程中所用的引发剂为754光引发剂、819光引发剂、1-羟基环已基苯基甲酮和2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种。
6.根据权利要求4所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述紫外光引发聚合的时间为5～30min，温度为50～70℃。>
7.一种如权利要求1～6任一项所述的制备方法所制备得到的水系共价交联型粘结剂。
8.一种如权利要求7所述水系共价交联型粘结剂在制备锂离子电池负极材料中的应用。
9.一种制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种采用权利要求9所述制备锂离子电池负极材料的方法所制备的锂离子电池硅负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述单体a水溶液的浓度为0.01～0.10g/ml，二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯占单体a的2～10mol％，引发剂占单体a和二[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]磷酸酯总质量的1～5％。
3.根据权利要求1所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述单体a为丙烯酸、丙烯酸酯类、丙烯酰胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述聚合反应为紫外光引发聚合反应。
5.根据权利要求4所述的一种水系共价交联型粘结剂的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾丹黎，贾子龙，杜思思，孙玉宝，佟鑫，毕永旗，杨祺蛟，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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