[发明专利]一种锂离子电池硅基负极粘结剂及使用该粘结剂的负极片制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池硅基负极技术领域，公开了一种锂离子电池硅基负极粘结剂及使用该粘结剂的负极片制备方法。一种锂离子电池硅基负极粘结剂，包括主粘结剂及辅助粘结剂，主粘结剂为海藻酸钠，辅助粘结剂包括羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的至少一种及明胶。将硅基负极材料、导电剂、上述硅基负极粘结剂和去离子水混合组成负极活性材料，搅拌得到混合均匀的负极浆料，调整负极浆料的粘度，将得到的负极浆料涂覆在金属铜箔表面，干燥得到负极片。本发明采用海藻酸钠作为主粘结剂，能起到抑制硅粉化的作用，在海藻酸钠中加入明胶、SBR/CMC辅助粘结剂，多种聚合物发生协同作用，有效提升了海藻酸钠的机械性能，从而提高了电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅基负极技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池硅基负极粘结剂及使用该粘结剂的负极片制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其性能优势将成为电动汽车的主要搭载电源，锂离子电池的容量决定于正极材料的活性锂离子以及负极材料的可嵌脱锂能力，正负极在各种环境下的稳定性决定了电池的性能发挥，甚至严重影响电池的安全性，因此，电极的性能在一定程度上决定了锂离子电池的综合性能。目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g，严重限制了锂离子电池的进一步发展。硅基材料是在研负极材料中理论比容量最高的研究体系，理论比容量高达为4200mAh/g，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度和在Li-Si合金中的高Li摩尔分数，且材料丰富、价格低廉，被认为是碳负极材料的替代性产品。然而，硅负极由于其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能，因此需要找到合适的粘结剂来提高其的循环性能。

粘结剂时锂离子电池电极片中的非活性成分，是制备锂离子电池电极片的重要材料之一。粘结剂的主要作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体，使它们之间具有整体的连接性。在充放电过程中，粘结剂有效地维持电极结构完整，确保电极材料能够可重复地嵌脱锂，所以粘结剂是锂离子电池正常运行的一个至关重要的因素，对提高硅基负极材料的循环性能也有着重要的作用。

现有技术中，用于硅基负极材料的粘结剂主要有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯酸（PAA）、羧甲基纤维素钠（CMC）、丁苯橡胶（SBR）等，例如，一种在中国专利文献上公开的“适用于锂离子电池硅基负极材料的复合粘结剂、复合粘结剂的制法及负极材料”，其公告号CN105633411A，包括主粘结剂和配合粘结剂，主粘结剂为聚丙烯酸和聚丙烯酸锂的中间态，但性能优于两者，显著地提高了硅基负极材料电化学性能，配合粘结剂为丁苯橡胶。

但现有的硅基负极材料粘结剂都不能很好地抑制硅基负极材料在充放电过程中发生的体积变化，不能有效地提高电池的循环稳定性。

发明内容

本发明的第一个目的是为了克服现有技术中硅基负极材料粘结剂不能很好地抑制硅基负极材料在充放电过程中发生的体积变化，导致电池的循环稳定性较差的问题，提供一种锂离子电池硅基负极粘结剂，使负极粘结剂能有效抑制硅基负极材料在充放电过程中发生的体积膨胀和收缩，改善硅基负极材料的循环性能。

为了实现上述第一发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池硅基负极粘结剂，包括主粘结剂及辅助粘结剂，主粘结剂为海藻酸钠，辅助粘结剂包括羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的至少一种及明胶。

作为优选，主粘结剂的质量占粘结剂总质量的36%-86%。

作为优选，其质量配比为：主粘结剂20-60份，辅助粘结剂10-35份。

作为优选，辅助粘结剂的配比为：明胶5-15份，羧甲基纤维素钠和/或丁苯橡胶5-20份。