[发明专利]一种极片用粘结剂及其制备方法、硅基极片、锂离子电池

说明书

本发明具体涉及一种极片用粘结剂及其制备方法、硅基极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的极片用粘结剂为聚丙烯酰氯和聚丙烯酰胺的交联产物。该粘结剂含有大量的亚氨基官能团，可与活性物质和导电剂颗粒表面的羟基形成氢键，使得各种颗粒紧密地连为一体从而有效地维持整个电极的导电性。同时，本发明的粘结剂内部结构为三维网络结构，用于硅基极片时可解决电池充放电过程中硅基极片因体积反复变化而带来的不利影响，提高锂离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种极片用粘结剂及其制备方法、硅基极片、锂离子电池。

背景技术

当前，由于硅的理论比容量(4200mAh/g)远大于石墨的理论比容量(372mAh/g)，并且自然界中的硅资源非常丰富，因此硅材料被认为是最有希望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是，当硅材料作为锂离子电池负极材料时伴随着锂离子电池的充放电过程硅材料会发生严重的膨胀和收缩，从而导致电极材料上面的活性物质脱落，影响电池的循环稳定性。

粘结剂是锂离子电池中一个不可或缺的组成部分，研究表明电极所用粘结剂对于电极的性能有着非常大的影响。若粘结剂粘结强度不足，则会对电极极片及电池性能有很大的影响。粘结剂主要有两个作用：第一，粘结剂将电极极片的各个组分如集流体、活性物质、导电添加剂等粘结在一起形成稳定的极片结构，同时使得导电添加剂和活性物质更好的接触形成良好的导电网络；第二，粘结剂可以降低电极材料在电池充放电过程中的体积变化的影响。

申请公布号为CN107611344A的中国专利申请公开了一种双重交联粘结剂，该双重交联粘结剂包括聚丙烯酸和二异氰酸酯。通过在室温条件下实现二异氰酸酯与聚丙烯酸的羧基发生缩聚反应，对聚丙烯酸形成的具有网络结构的聚合物粘结剂起到进一步的稳固作用，实现了双重交联。该双重交联粘结剂在低能耗的情况下减小了充放电过程中硅负极体积反复变化的影响，使得电池容量衰减量小。但是聚丙烯酸聚合链上的羧基数量较多，容易在二异氰酸酯的作用下在同一聚合链上发生自聚反应，从而影响反应产物的网络结构，最终影响粘结剂的粘结强度以及粘结后极片的导电性。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种极片用粘结剂，该粘结剂具有较高的粘结强度，可使极片具有较好的导电性。

本发明的第二个目的在于提供一种上述极片用粘结剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种硅基极片，该硅基极片采用上述粘结剂，具有较好的导电性能。

本发明的第四个目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池采用上述硅基极片作为工作电极，具有较好的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明的极片用粘结剂所采用技术方案是：

一种极片用粘结剂，该粘结剂为聚丙烯酰氯和聚丙烯酰胺的交联产物。

聚丙烯酰胺中酰胺基具有较强的亲核性，可以与聚丙烯酰氯中的酰氯基发生缩合反应，脱去HCl小分子生成具有三维网状结构的大分子物质，即交联产物。交联产物的重均分子量约为10³～10⁵，该交联产物的通式为：

为了使聚丙烯酰氯完全反应，聚丙烯酰胺可以采用等量或过量。优选的，聚丙烯酰氯中酰氯基和聚丙烯酰胺中酰胺基的摩尔比为0.8～1：1。

本发明的上述极片用粘结剂的制备方法采取的技术方案为：

一种上述极片用粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在保护气氛下，聚丙烯酸和亚硫酰氯反应得聚丙烯酰氯；

(2)在保护气氛下，聚丙烯酰氯与聚丙烯酰胺反应得粘结剂。