[发明专利]一种锂离子电池负极粘结剂、负极以及电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池负极粘结剂、负极以及电池。

背景技术

锂离子电池由于其能量密度高、循环性能好而受到人们的关注，近20年来得到了飞速的发展。目前，硅基负极材料由于理论比容量高(4200mAh/g)、来源丰富等优点成为主要的锂离子电池负极材料。但是硅基负极材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化，导致材料结构塌陷而引起的容量快速衰减，这一原因导致硅基负极材料的应用受到了限制。因此，需要采用粘结剂将硅基负极材料粘附在集流体上(例如铜箔)，以稳定极片结构、缓冲充放电过程中极片的膨胀/收缩。

现有负极粘结剂的主要采用丁苯橡胶(SBR)。由于丁苯橡胶具有一定的弹性，因此能够在一定程度上抑制硅基负极材料在锂离子电池充放电过程中的体积膨胀。但是丁苯橡胶粘结能力较弱，并且在电池充放电过程中会发生碳-碳双键降解，造成粘结剂失效。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的锂离子电池负极粘结剂不能很好地抑制硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀，导致锂离子电池的循环稳定较差。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种能够有效抑制硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀的锂离子电池负极粘结剂。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明第一方面提供一种锂离子电池负极粘结剂，所述负极粘结剂包括海藻酸盐以及丁苯橡胶，所述海藻酸盐与丁苯橡胶的重量比例为1:1～5:1。

优选地，所述海藻酸盐与丁苯橡胶的重量比例为1:1～3:1。

优选地，所述海藻酸盐的数均分子量为5万～100万。

优选地，所述海藻酸盐的数均分子量为50万～100万。

优选地，所述海藻酸盐的弹性模量为3GPa以上。

优选地，所述海藻酸盐选自海藻酸钠以及海藻酸钾中的至少一种。

优选地，所述海藻酸盐中钙元素的含量在0.3％以下。

本发明第二方面提供一种锂离子电池负极，所述锂离子电池负极包括集流体以及涂覆在所述集流体表面的负极材料，所述负极材料包括硅基负极活性物质、导电剂以及粘结剂，其中，所述粘结剂为本发明第一方面的负极粘结剂。

优选地，所述导电剂选自导电炭黑、碳纤维、石墨烯以及碳纳米管中的至少一种。

优选地，所述负极粘结剂占所述负极材料的重量比例为3％～10％。

优选地，所述硅基负极活性物质占所述负极材料的重量比例为85％～95％。

本发明第三方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电池壳体、极芯以及电解液，所述极芯和电解液密封在所述电池壳体内部，所述极芯包括正极、负极以及位于所述正极和负极之间的隔膜，其中，所述负极为本发明第二方面的负极。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例对负极粘结剂的组分进行改进，在现有丁苯橡胶基础上，加入海藻酸盐，并对丁苯橡胶和海藻酸盐的比例进行优化。由于海藻酸盐具有较高的弹性模量，并且在电解液中浸泡后仍然能够保持较高的模量，有利于抑制锂离子电池充放电过程中Li⁺脱嵌引起的负极材料的体积变化，进而抑制由于负极材料体积变化而引起的锂离子电池结构的破坏；同时，海藻酸盐还能够与硅基负极活性物质中的硅发生化学反应，形成较强的化学键，提高粘结剂的粘接能力，弥补丁苯橡胶粘结能力弱的不足，提高硅基负极活性物质与负极集流体之间的粘接作用，防止由于硅的体积变化而引起的负极活性物质脱落。从而使包括本发明实施例的负极粘结剂的锂离子电池具有良好的循环稳定性，在0.5C倍率下充放电，循环200次后，容量保持率仍然能够保持在90％以上。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一方面提供一种锂离子电池负极粘结剂，所述负极粘结剂包括海藻酸盐以及丁苯橡胶，所述海藻酸盐与丁苯橡胶的重量比例为1:1～5:1。