[发明专利]一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的应用为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂的应用，该粘结剂结构中含离域Π键，有助于提高粘结剂的电子电导率，此外，粘结剂的结晶度较低，柔韧性较好，粘结剂中含有大量的氧原子，氧原子与硅表面的羟基形成了氢键，增强了两者间的结合力，提升了粘结剂吸电解液的能力，进而增强了硅基负极片传导锂离子的能力。硅基负极片的制备过程中，粘结剂在电极表面原位形成了三维交联网络结构，包覆整个电极，有效地维持了整个电极结构的完整性。

技术领域

本发明涉及一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

硅的理论比容量远大于石墨的理论比容量，可达到4200mAh/g，同时，硅在自然界中的储量非常大，所以，众多研究者认为硅材料最有希望取代石墨，可以成为下一代锂离子电池负极材料。但是，在锂离子电池的持续充放电过程中，硅材料(硅基负极材料)非常容易发生体积膨胀和收缩的问题，进而导致硅材料与导电剂、粘结剂之间产生空隙，影响电子和锂离子转移，使得锂电池内部发生极化，容量越来越小。研究表明粘结剂对硅碳负极性能的发挥起着非常大的作用。若粘结剂粘结强度不足，则会对电极极片以及电池性能有很大的影响。粘结剂主要有三个作用：第一，粘结剂将电极极片的各个组分如集流体、活性物质、导电剂等粘结在一起形成稳定的极片结构，同时使得导电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对体积变化的影响；第三，粘结剂溶解于溶剂中可以形成胶状溶液，使活性物质和导电剂可以很好的悬浮于胶状溶液中形成分散性良好且不易沉降的浆料。所以，通过对粘结剂的结构和性能进行优化，可以提高硅碳负极在锂电池中的应用性能。

目前，硅碳负极材料普遍选用的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。但是，PVDF 是一种具有高结晶度的高分子材料，其柔韧性不好，和硅碳负极材料的相容性比较差，吸液能力较差，电阻也较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用，该含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂时具有较高的吸液能力和离子传导性能。

此外，本发明还提供一种硅基负极片。该硅基负极片导电性能更强，离子传导性更好，电极结构更加稳定。

最后，本发明提供一种锂离子电池。该锂离子电池含上述硅基负极片，具有更强的循环性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用，所述应用为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂的应用，所述含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：

其中，n为7～20的自然数。

本发明的含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物作为锂离子电池用粘结剂，其结构中含有离域Π键，有助于提高粘结剂的电子电导率。同时，该粘结剂的结晶度较低，柔韧性较好，能够允许硅基材料在极片内部膨胀收缩，进而提高固液界面的SEI膜的稳定性。

本发明的含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物中含有大量的氧原子，氧原子与硅表面的羟基形成了氢键，增强了两者间的结合力，提升了粘结剂吸电解液的能力。

本发明的含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物在加热的情况下，能够发生原位聚合反应，从而形成一种具有三维网络结构的聚合物。该聚合物有助于维持整个硅基负极片结构的稳定性、缓解硅碳复合材料体积形变的问题。

一种硅基负极片，包括负极集流体以及设置在负极集流体表面的负极材料层，所述负极材料层包括硅基负极材料、粘结剂，所述粘结剂为含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物，含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的结构式如下所示：