[发明专利]锂离子电池、硅负极水系粘结剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池、硅负极水系粘结剂及其制备方法，包括以下步骤：将无机纳米粒子与硅烷偶联剂反应得到改性无机纳米粒子；将改性无机纳米粒子铵盐化并将其溶液脱水和乙醇，烘干得到改性无机纳米粒子胶状物。将低聚物多元醇和异氰酸酯，在一定条件下加入一定量的扩链剂，反应后得到聚氨酯预聚体，将聚氨酯预聚体加水乳化得到水性聚氨酯低聚物。将水性聚氨酯低聚物、改性无机纳米粒子胶状物与聚丙烯酸溶液反应交联后得到锂离子电池硅负极材料。本发明的有益效果：通过在改性无机纳米粒子上引入水性聚氨酯低聚物，解决负极片的硬脆性，增加了其加工柔韧性，增强粘结剂整体的粘结力；引入了铵根阳离子基团，增加了电芯的循环能力。

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体涉及一种锂离子电池、硅负极水系粘结剂及其制备方法。

背景技术

硅负极的理论克容量将近是石墨的10倍，能显著提高电池能量密度，但是硅负极在嵌锂后体积会膨胀大于300％，周期的循环应力会使得硅粒子粉化，使得电芯循环能力较差。现有技术中，使用硅碳负极作为锂电池的负极，硅碳负极为石墨与氧化亚硅或者硅粒子复合材料，目前硅碳负极使用的粘结剂主要是改性PAA类和PI类，PAA类玻璃化程度高，粘结力低，成膜硬脆，易发生不可逆的折断，PI类需要200℃以上的高温进行烘烤，生产成本较高，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种锂离子电池、硅负极水系粘结剂及其制备方法，解决了PAA类粘结剂成膜硬脆性，粘结力过低，循环性能差的问题。

本发明提出硅负极水系粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

将无机纳米粒子与硅烷偶联剂在一定温度T1下反应一定时间t1，得到改性无机纳米粒子；

将所述改性无机纳米粒子铵盐化得到其溶液，并将其溶液脱水和脱乙醇，在一定条件下烘干得到改性无机纳米粒子胶状物；

将所述改性无机纳米粒子胶状物在一定温度T5下与水性聚氨酯低聚物反应一段时间t4后得到一定粘度的聚合物A溶液，将所述聚合物A溶液与一定分子量的聚丙烯酸溶液在一定温度T6的条件下反应一段时间t5后得到硅负极水系粘结剂。

优选地，所述无机纳米粒子为SiO₂、TiO₂、ZnO、石墨烯，碳纳米管及量子点中的一种或其混合物。

优选地，所述水性聚氨酯低聚物由以下步骤制得，

称取一定量的低聚物多元醇和异氰酸酯，并将所述低聚物多元醇和所述异氰酸酯在一定温度T2并通有惰性气体的条件下搅拌一定时间t2后冷却至一定温度T3，加入丙酮，再加入一定量的扩链剂，在一定温度T4下反应一段时间t3后得到聚氨酯预聚体；

将所述聚氨酯预聚体在一定的搅拌速率的条件下加入去离子水，再在50℃的真空环境下脱去丙酮，得到水性聚氨酯低聚物。

优选地，所述低聚物多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或其混合物；所述聚酯多元醇包括聚己二酸丁二醇酯二醇、聚-ε-己内酯多元醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸己二醇新戊二醇酯二醇中的一种或其混合物，所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯二醇，聚氧化丙烯三醇，聚氧化丙烯四醇，聚氧化丙烯五醇及聚四氢呋喃二醇中的一种或其混合物。

优选地，所述温度T1为70℃～80℃、所述温度T2为80℃～85℃、所述温度T3为40℃～45℃、所述温度T4为50℃～55℃、所述温度T5为70℃～95℃、所述温度T6为70℃～80℃，所述时间t1为72h～80h、所述时间t2为2h～2.5h、所述时间t3为2h～2.5h、所述时间t4为2h～3h、所述时间t5为3h～4h。

优选地，所述硅负极水系粘结剂由以下质量百分数的组分的混合物制得，以下各组分质量含量的总和为100％，

改性无机纳米粒子胶状物1％～2％，