[发明专利]锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂的制备及应用方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂的制备及其在硅碳负极电极中的应用方法，属于锂离子电池负极粘结剂技术领域。所述锂离子电池用三维网状粘结剂由聚丙烯酸与多元醇原位交联制备得到，粘结剂在制备时，需在100‑200℃真空条件下热处理2～5h。该粘结剂在使用时，通过对极片干燥后进行真空热处理，原位得到具有三维交联粘结剂的电极，该电极使用硅基负极材料时具有稳定的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂及其在硅碳负极电极中的应用。

背景技术

随着新能源汽车产业的快速发展，作为核心部件和动力源泉的锂离子电池具有广阔的市场空间。同时对续航里程的焦虑，也促进了高能量密度动力电池的发展。作为电池的重要组成部分，锂离子电池普遍采用的石墨负极理论容量仅为372mAh/g，实际容量已经接近极限，很难再有提高，难以满足电动汽车对电池能量密度越来越高的需求。硅在常温下的理论容量为3580mAh/g，SiO的理论容量大于2000mAh/g，远远大于石墨的容量。但是硅基材料在充放电过程中的的体积变化高，容易引起活性材料粉化、脱落，并最终导电池容量的快速衰减，进一步限制了其商业化应用。

粘结剂在电池中使用量虽然较低，但是良好的粘结剂对电池性能影响巨大。目前产业中最常使用的是聚偏氟乙烯粘结剂，主要靠分子间作用力起到粘结作用，对于硅基负极这类具有较大体积膨胀的材料作用非常有限。因此，开发粘结力强、粘结性能优异的粘结剂，对于促进硅基负极材料的应用及产业化具有重要的作用。

羧甲基纤维素钠(CMC)粘结剂的粘性一般且脆性大、柔顺性差，充放电时极片易龟裂。聚丙烯酸(PAA)粘结剂的分子结构简单，易于合成可溶于水和一些有机溶剂，但是PAA的亲水性较强，容易与电池中的残余水分反应，影响性能，同时PAA为线型粘结剂，对于硅基负极在充放电过程中的巨大体积变化的粘结作用还有待提高，开发适用于硅基负极材料的新型三维粘结剂具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂。

本发明的另一目的在于提供一种用所述原位交联三维网状粘结剂制备的硅碳负极电极。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂，所述三维网状粘结剂由聚丙烯酸和多元醇在100-200℃真空条件下热处理2～5h原位聚合生成，多元醇中的羟基与聚丙烯酸中的羧基发生相互交联作用，形成三维网络结构。

进一步，所述多元醇为丙三醇和山梨醇。

进一步，所述多元醇为丙三醇时，本发明所述的一种锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂的分子结构为式1所示结构。

进一步，所述多元醇为山梨醇时，本发明所述的一种锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂的分子结构为式2所示结构。

一种锂离子电池硅碳负极电极，包括硅碳负极、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为上述的锂离子电池用原位交联三维网状粘结剂，所述硅碳负极材料为硅@碳与石墨的复合材料、氧化亚硅@碳与石墨的复合材料。

所述锂离子电池硅碳负极电极制备方法包括如下步骤：

(1)将上述硅碳负极材料、导电剂和上述粘结剂混合，加入合适的蒸馏水，将浆料搅拌混合均匀并调整浆料合适的粘度；

(2)将混合均匀的浆料涂覆在铜箔集流体上，干燥、滚压处理后，在100-200℃真空条件下热处理2～5h。

所述的一种锂离子电池硅碳负极电极中原位交联三维网状粘结剂的重量百分比为1～30％。