[发明专利]水溶性自愈合粘结剂及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种水溶性自愈合粘结剂及制备方法和锂离子电池。所述水溶性自愈合粘结剂具有如说明书式(I)所示的通式。该水溶性自愈合粘结剂由于分子结构中具有可逆性良好的四重氢键，在外力或温度等外界刺激下能够可逆断裂，外界刺激消失后又重新生成，表现出一定的力学强度，具有良好的自愈合性能，为制备自修复材料提供极大可能，如可以作为锂离子电池硅或者硅碳负极的粘结剂，使得由其制成的锂离子电池具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种水溶性自愈合粘结剂及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应等优点，被广泛地应用于数码相机、手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子设备当中。近年来，随着电子产品的不断小型化以及混合动力汽车和纯电动汽车的不断发展，人们对锂离子电池的能量密度要求越来越高。而提高锂离子电池能量密度的关键在于提高电极材料的能量密度，目前商业化的锂离子电池负极材料主要是碳负极材料，以石墨为代表，其理论比容量为372mAh/g(按LiC₆计算)，实际应用的石墨负极材料已经接近其理论比容量。为此科研人员开发了一种能量密度更高的新型锂离子电池负极材料——硅。硅材料理论比容量为4200mAh/g(按Li₂₂Si₅计算)、放电电势为370mV(vs Li/Li⁺)，电压平台仅为0.2V，且在自然界当中含量丰富。因此成为人们逐渐关注的储锂负极材料。

但是，硅材料作为锂离子电池的负极材料时存在许多问题。主要是硅负极材料在充放电存在一系列问题，其中包括硅在嵌锂和脱锂时自身体积变化高达300％及以上，正因为如此，以硅为负极活性材料的锂离子电池在经过多次循环后，会导致负极材料粉化、破碎，从而从集流体上脱离，使得锂离子电池容量快速下降，使用寿命缩短。此外，硅负极在充放电循环过程中的粉化也会导致SEI膜的重复形成与破坏，导致库伦效率衰减。为解决这几方面的问题，人们开发和尝试了各种硅负极粘结剂来提高硅负极电极的电化学性能，如降低硅的颗粒尺寸，制备纳米级的硅粒子。或者在硅粒子表面包覆一层碳壳，一方面可以阻止电解液与硅粒子的直接接触，使得SEI膜只在碳壳表面形成，另一方面，为硅粒子的体积变化提供空间。或者探索水溶性/非水溶性聚合物粘结剂，通过这些粘结剂环节硅负极在充放电过程中体积变化带来的负面影响，从而提高硅的循环性能。虽然现在的处理方法相比于直接使用硅作为负极，锂离子电池的性能有所提升，但相比于硅负极电极的理论比容量而言，硅负极电极的比容量还有极大的可提升空间。

发明内容

针对目前锂离子电池粘结剂在提升硅负极材料的比容量方面仍然不能使得硅负极材料的比容量极大接近其理论比容量的问题，本发明提供了一种水溶性自愈合粘结剂及其制备方法。

进一步地，本发明还提供一种锂离子电池负极片以及一种锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：

一种水溶性自愈合粘结剂，具有如式(I)所示的通式：

其中，m取1～100的任一整数；n取100～100000的任一整数。

相应地，所述水溶性自愈合粘结剂的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤S01.在惰性气氛下，将2-(6-异氰酸酯己胺酰胺)-6-甲基-4-[H]-嘧啶酮、丙烯酸羟乙酯、催化剂与第一有机溶剂进行混合并回流反应；

步骤S02.向步骤S01反应得到的反应液中加入沉淀剂，获取沉淀物；

步骤S03.在惰性气氛下，将所述沉淀物、丙烯酸叔丁酯溶于第二有机溶剂中，获得混合溶液，并向所述混合溶液中加入引发剂，使发生自由基聚合反应，得到聚合物；

步骤S04.采用第三有机溶剂对所述聚合物进行水解处理，得到如上所述的水溶性自愈合粘结剂。