[发明专利]一种交联网络复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法

说明书

本发明公开了一种交联网络复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法，属于电化学及新能源材料技术领域。该交联网络复合粘接剂通过戊二醛交联羧甲基纤维素钠和黄腐酸，形成一种交联型网络结构。应用该交联网络复合粘接剂的锂离子电池负极浆料由活性材料、导电剂和粘结剂组成。该交联型复合粘结剂可形成一种交联网络结构，该交联网络粘结剂可与硅颗粒发生多维氢键相互作用，增强粘结性，提高机械性能，有利于保持电极完整结构，改善电池循环性能。且该交联型复合粘结剂原料来源广泛、是一种绿色环保的复合粘结剂。

技术领域

本发明属于电化学及新能源材料技术领域，具体涉及一种交联网络复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已经成功应用于手机、笔记本等便携式电子设备，并逐步向航空航天、电动汽车、储能系统等诸多领域发展。新的应用对锂离子电池的比容量、倍率特性、循环寿命等性能提出了更高的要求。硅材料的理论比容量高达4200mAh/g，且具有较低的嵌/脱锂电位，安全性能好，有望成为新一代负极材料。然而，硅材料在充放电循环过程中，伴随着锂离子的嵌入脱出，高比容量负极反复承受巨大的体积变化，容易粉化、剥落，使电极结构遭到严重破坏，从而导致其循环比容量的迅速下降，限制了硅材料在锂离子电池中的实际应用。

锂离子电池由于其具有高容量、长寿命、循环次数多、无记忆效应、自放电少、绿色环保、使用温度范围宽、高倍率性及安全性等性能被广泛的应用到手机、电脑、电动自行车和电动汽车等。而电池正极和负极极片在充放电过程中体积膨胀会影响锂离子电池的性能。

目前，降低极片膨胀率是研究的热点之一，低膨胀石墨负极的开发很迫切，而粘结剂是解决石墨负极膨胀的有效手段。粘结剂其高分子结构的强大内聚力，可有效的抑制极片的膨胀效应，因此，粘结剂在低膨胀石墨开发中的作用尤其显著。同时，硅基材料具有容量高、循环性能好和倍率性好等优点，但是其在充放电过程中体积膨胀较大又使其应用受到限制，同样可通过粘结剂其特殊的高分子结构而起到抑制膨胀的作用。因此，制备一种用量少、粘结力强并能有效抑制极片膨胀特别是石墨负极和硅基材料膨胀的粘结剂不仅是未来的发展趋势，更是市场的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交联网络复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种交联网络复合粘接剂，该交联网络复合粘接剂是由羧甲基纤维素钠、黄腐酸和戊二醛交联而成，该交联网络复合粘接剂的结构式如下式所示：

其中，n＝50～100。

优选地，羧甲基纤维素钠、黄腐酸和戊二醛的质量比为(5～12)：(1～3)：(0.1～0.5)。

优选地，羧甲基纤维素钠、黄腐酸和戊二醛的质量比为(5～10)：(1～2)：(0.1～0.3)。

本发明还公开了上述的交联网络复合粘接剂的制备方法，将羧甲基纤维素钠、黄腐酸和戊二醛混合后，以水为分散体系，配制成质量浓度为0.5％～2.0％的水溶液，将该水溶液在70℃反应1h，制得交联网络复合粘接剂。

本发明还公开了上述的交联网络复合粘接剂在制备锂离子电池负极材料中的应用。

本发明还公开了一种锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料的组成成分，以质量百分比计，包括：50％～80％的活性材料，10％～30％的导电剂和10％～20％上述的交联网络复合粘接剂。

优选地，所述活性材料采用硅负极、石墨负极或硫化物；所述导电剂采用乙炔黑或超导电炭黑。

本发明还公开了上述的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：