[发明专利]木质素基粘结剂及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种木质素基粘结剂及制备方法和锂离子电池。所述木质素基粘结剂经由木质素、第一引发剂和预聚物制备；所述预聚物为聚丙烯腈预聚物、聚丙烯酸预聚物、聚丙烯酸酯预聚物、聚醋酸乙烯预聚物、聚乙烯亚胺预聚物中的至少一种，或为第三引发剂激活的羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、改性壳聚糖中的至少一种；该制备方法包括以下步骤：将木质素、第一引发剂与有机溶剂进行混料处理至均匀，得到第一混合物料；向第一混合物料中加入所述预聚物，并在惰性气体氛围中加热至30～80℃，恒温反应6～12h；反应结束冷却至室温，并纯化处理，得到木质素基粘结剂。该木质素基粘结剂，非线性链改性而具有多维度的粘结结构而表现出良好的水溶性和粘结效果。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种木质素基粘结剂及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着人们对环境保护和能源危机意识不断的增强，锂离子电池作为一种绿色环保的储能技术越来越受到人们的欢迎。目前，商品化锂离子电池主要以石墨等碳基材料为负极，但是，其有限的理论容量(372mAh/g)已几乎被开发殆尽，因此需要开发具有更高能量密度的负极材料。高的能量密度有助于提高整体电池的质量能量密度或体积能量密度，在所新开发的负极材料中，硅基(硅的理论容量4200mAh/g)负极材料由于其具有高的理论容量，被广泛深入研究，并且也是最有希望替代石墨的新型高能量密度负极材料。

在锂离子电池制造过程中，需要向石墨材料或者硅基材料中添加适量的粘结剂，以有效地将活性材料层间、活性材料和集流体之间进行粘结。不过粘结剂不提供容量，属于电池电极片中的非活性成分，但是，却是制备锂离子电池电极片的必要材料之一。然而，相比于传统石墨负极，硅基极材料在合金化嵌锂时会带来较大的体积膨胀(～300％，石墨材料的膨胀仅～10％)，因此传统的石墨负极体系所使用的粘结剂(如CMC/SBR)并不适用于硅基材料中。随着人们研究的不断深入，硅基负极用粘结剂目前已经得到了迅速的发展，且其种类也越来越多。目前报道的硅负极黏结剂主要包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸型、海藻酸钠、壳聚糖衍生物等线性粘结剂和将它们交联得到的交联型粘结剂。其中，交联型粘结剂因为具有三维网络带来的多维度高效粘结而备受关注。然而，交联型粘结剂也面临制备工艺复杂等现实问题。

木质素是一种芳香族天然高分子化合物，具有三维网状结构，含有酚羟基、醇羟基、羧基和甲氧基等多种官能团，是一种典型的两亲性高分子，具有良好的吸附和分散性能，是自然界中含量仅次于纤维素的生物质资源，可来源于制浆造纸、木材水解、生物质能源等领域的废弃物。

公开号为106025283A的中国专利申请公开了一种用于锂离子电池负极的木质素基水性粘结剂和基于其的电极片与锂离子电池，包括水溶性木质素100份，丁苯橡胶20～1000份。具体是将水溶性木质素和丁苯橡胶直接用于锂离子电池电极材料的分散和黏结，然而，由于含有丁苯橡胶，粘结剂硬度较大，用于膨胀率大的硅基材料时，容易引发不可恢复性破坏，使得负极导电性能降低，而木质素分子中也含有大量的苯环刚性结构，当其用于膨胀率大的硅基负极材料时，也会因为性脆而不适用于硅负极。可见，目前的木质素基水性粘结剂，仅适用于低膨胀率的石墨负极，而不适用于高膨胀率的硅基负极材料。

发明内容

针对目前锂离子电池粘结剂在提升硅基负极材料的循环性能方面仍然不能使得硅基负极材料的比容量极大发挥，并且硅基负极材料的容量仍无法接近其理论比容量等问题，本发明提供了一种木质素基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。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种木质素基粘结剂，所述木质素基粘结剂由木质素、第一引发剂和预聚物制备得到；

所述预聚物为采用预聚物对应的单体和第二引发剂制备的聚丙烯酸预聚物、聚丙烯腈预聚物、聚丙烯酸酯预聚物、聚醋酸乙烯预聚物、聚乙烯亚胺预聚物中的至少一种，或者经过第三引发剂激活的羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、改性壳聚糖中的至少一种；