[发明专利]一种锂电池电极粘结用硅氧烷低聚物及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂电池电极粘结用硅氧烷低聚物及其制备方法，其制备方法包括：先采用溶剂法将硅烷、催化剂和溶剂进行分子级别的相容；再设计运用管式静态混合器将硅氧烷与水接触时均一地定计量反应，制备得到分子量分布窄的硅氧烷低聚物。本发明锂电池电极粘结用硅氧烷低聚物制备方法简单，成本低、环境友好、方便工业化。所述制备的锂电池电极粘结用硅氧烷低聚物可提升锂电池的高相容性、耐高低温、稳定的充放电效率和粘结性。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，尤其涉及一种锂电池电极粘结用环保型硅氧烷低聚物及其制备方法。

背景技术

随着新能源电动汽车快速发展，锂电池作为电动汽车的心脏，其相关的电解质、正负极材料以及电极粘结材料等性能提升是迄今为止研究的热点和难点。硅氧烷低聚物因结构中含更少的烷氧基基团和高交联的官能度而赋予其低VOC和高交联功效被广泛用作改性聚合物材料。

锂电池电极粘结材料通常采用聚丙烯酸(PPA)、聚丁苯胶(SBR)、聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物材料。然而，由于PPA和SBR结构中含亲水的羧基基团或非离子基团，电池在初次充放电过程中消耗大量的锂离子，进而导致较大的不可逆容量损失；同时，羧基基团或非离子基团热稳定性差，在较高温度范围内会发生不可逆的脱羧基化或低分子醚键断裂反应，这大大降低电池的高温循环和存储性，导致电池高温胀气等问题。另一方面，PVDF作为正极材料存在化学不稳定性和相容性差缺陷，在含硅电极中存在不良的电化学循环行为，因此，发展高相容性、耐高低温、稳定的充放电效率和环保的电解粘合剂迫在眉睫。

美国专利US20080187838A1描述了一种用氢氧化锂中和PPA中的羧基，达到降低锂电池首次充放电过程中不可逆容量损失的效果。然而，因中和产生的锂盐具有较高的亲水性，使得极片难以彻底干燥而会对电池的循环性造成很大的损害。专利EP2432056A1描述了一种聚乙烯醇修饰的PPA作为锂离子电池负极材料的粘结剂，然而，该粘合剂具有较弱的导锂电子能力，当用量较大时，会引起内阻急剧升高，进而引起充放电效率和倍率降低等技术难题。

专利名称为《一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法》，专利号为201711115995.6的发明专利，其描述了一种SBR型粘结剂，因该体系SBR添加量少、与活性物质和集流体之间的粘结力强而广泛用于负极材料体系粘结，但SBR的粒径范围为50～300nm,很容易在负极上反复膨胀导致与体系脱离接触，破坏导电体系的完整性，循环性能大幅降低。

美国专利US5776637描述一种PVDF型粘结剂，对电极材料颗粒具有良好不可逆的粘附性，可保证电极在充放电循环过程中能够承受大体积的膨胀和收缩而不损伤电极内部的相互连接性，可实现电子的顺利跨越。然而，这些基于有机溶剂的粘结剂存在很多缺陷，PVDF型粘合剂需要采取大量的NMP溶剂溶解，往往在10～20％浓度的PVDF时，浆料显示一种反常的高粘度行为，这使得电极组合物很难制备，同时，因采用NMP做溶剂，一方面，难以挥发，耗时，工艺繁杂；另一方面，有机溶剂有毒且易燃，引起环境污染和安全问题。

美国专利US20120153219描述了一种聚醚改性硅氧烷粘结剂，克服了上述极性和非极性锂电池电极粘结的分子结构不足，不仅赋予了良好的锂离子迁移的能力，而且与电极间具有较好的粘结稳定性能，但该方法采用是硅氢加成手段，若不采用加热硫化的方法，硫化彻底需要72小时以上，这限制了其广泛应用的基础。

综合上述，目前急需设计出一种锂电池电极粘结材料，可克服在苛刻条件下的使用缺陷。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明的目的是提供一种可提升锂电池的高相容性、耐高低温、稳定的充放电效率、粘结性和环境友好的锂电池电极粘结用环保型硅氧烷低聚物及其制备方法。

为实现上述目的，发明人提供了一种锂电池电极粘结用硅氧烷低聚物，其结构如式I所示：