[发明专利]一种丙烯酸聚合物、硅负极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种丙烯酸聚合物，其由式(1)所示的丙烯酸单体和乙酰胺基丙烯酸酯单体的共聚得到，所述乙酰胺基丙烯酸酯单体至少包括式(2)所示的化合物，其中，R₁为烷烃取代基，具体为‑(CH₂)n‑，n＝1～10；所述丙烯酸聚合物中丙烯酸单体和乙酰胺基丙烯酸酯单体的摩尔比为1:10～10:1；所述丙烯酸聚合物的数均分子量为5000～500000；分子量分布为1～2.5。本发明还提供以所述丙烯酸聚合物为粘结剂制备得到的硅负极极片。所述硅负极极片用于锂电池中时，对电池充放电过程中产生的巨大体积膨胀有很好的缓冲作用，可保持极片完整性，提高了电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种丙烯酸聚合物、硅负极极片及其制备方法和应用。

背景技术

为了发展高能量密度的可充电锂离子电池，由于硅具有超高的理论容量(4200mAh/g)，大量的工作集中在硅负极材料上，然而在脱锂的过程中伴随很大的体积效应导致硅颗粒的粉化，进而导致硅颗粒与导电剂之间失去电接触，破坏了整个电极结构，从而造成容量的衰减和不良循环性能。可以使用合适的粘结剂，将硅颗粒与导电剂粘结。常见的粘结剂聚丙烯酸、CMC/SBR、海藻酸钠、壳聚糖、PI、PAI等，其中聚丙烯酸型粘结剂分子链上含有大量的羧基，与活性物质和集流体之间可以形成很强的相互作用，从而可应用于高容量的硅基负极体系中。但传统的聚丙烯酸型粘结剂刚性大，不利于消除硅体积膨胀产生的应力，电池循环性能差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的聚丙烯酸型粘结剂刚性大、电池循环性能差的问题，从而提供了一种丙烯酸聚合物，所述丙烯酸聚合物在室温下具有良好的柔性特征，以其作为粘结剂制备的硅负极极片，有助于缓冲高容量负极在充放电过程中产生的巨大体积膨胀，保持极片的完整性，从而改善电池循环性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种丙烯酸聚合物，其由式(1)所示的丙烯酸单体和乙酰胺基丙烯酸酯单体的共聚得到，所述乙酰胺基丙烯酸酯单体至少包括式(2)所示的化合物，

其中，R₁为烷烃取代基，具体为-(CH₂)n-，n＝1～10；

所述丙烯酸聚合物中丙烯酸单体和乙酰胺基丙烯酸酯单体的摩尔比为1:10～10:1；

所述丙烯酸聚合物的数均分子量为5000～500000；分子量分布为1～2.5。

本发明中，所述丙烯酸聚合物中丙烯酸单体和乙酰胺基丙烯酸酯单体的摩尔比较佳地为5:1～8:1。

本发明中，所述丙烯酸聚合物较佳地如式(3)所示：

其中，R₁如上述定义；

x和y之比可为1:10～10:1，优选为5:1～8:1。

本发明中，还提供了所述丙烯酸聚合物的制备方法，其包括如下步骤：将所述丙烯酸单体和乙酰胺基丙烯酸酯单体溶解在有机溶剂中，加入引发剂，升温至聚合温度，在惰性气体保护下进行自由基聚合。

本发明中，所述有机溶剂为能够溶解所述单体的有机溶剂，优选为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、碳酸丙烯酯及N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种。

本发明中，所述单体与所述有机溶剂的质量比可为1:100～1:1，优选为1:10～1:2。

本发明中，所述引发剂可为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢及过氧化环己酮的一种或多种。

本发明中，所述引发剂与所述单体的摩尔比可以为0.0001～0.1，优选为0.001～0.005。