[发明专利]一种导电聚合物粘结剂及其制备方法与应用

说明书

一种导电聚合物粘结剂及其制备方法与应用，属于锂离子电池技术领域。所述方法具体为：将PVP溶解在反应介质中，加入蒸馏后的苯胺单体，继续搅拌，在引发剂作用下引发聚合，生成墨绿色溶液后，过滤洗涤后得到PVP‑PANI墨绿色粉体。所述的导电聚合物粘结剂用于锂离子电池硅基负极中。本发明的优点为：本发明能够提升电池的倍率和低温性能。本发明粘结剂中含有大量的羰基和内酰胺极性基团，对碳酸酯类电解液的亲和性较好，加上PANI良好的电子导通性，对电芯的动力学性能提升明显，能够大幅提高电芯的倍率和低温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种导电聚合物粘结剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的日益普及，以及笔记本电脑、智能手机等电子设备的快速发展，带动了作为供能核心的锂离子电池技术的发展和进步，同时也对锂离子电池提出了越来越高的要求，如具备更高的能量密度，更快的充放电速度，更好的续航能力和更宽松的使用环境等。

为了发展高能量密度的可充电锂离子电池，负极添加理论克容量高达42mAh/g的硅材料是目前的主要研究方向。然而由于在脱嵌锂的过程中伴随很大的体积效应导致硅颗粒的粉化、与导电剂之间失去了电接触，破坏了整个电极结构，从而造成了容量的衰减和循环性能变差。适用于硅负极的粘结剂体系是解决硅负极循环问题的一个重要方向，目前文献报道过的硅负极粘结剂有PAA、CMC/SBR、海藻酸钠、壳聚糖、PI、PAI，这些粘结剂不具有传导电子的能力或是粘结强度较低，不能兼顾电极结构稳定性和电子导通性。因此，急需开发一种适用于硅基负极的负极粘结剂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的硅负极粘结剂粘结强度低、不具有导电能力的问题，提供一种导电聚合物粘结剂及其制备方法与应用，该粘结剂可提升锂离子电池的循环寿命和动力学性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种导电聚合物粘结剂，所述的粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚苯胺反应的共聚物PVP-PANI，其化学结构式如下：

。

一种上述的导电聚合物粘结剂的应用，所述的导电聚合物粘结剂用于锂离子电池硅基负极中。

一种上述的导电聚合物粘结剂的制备方法，所述方法具体为：将PVP溶解在反应介质中，加入蒸馏后的苯胺单体，继续搅拌，在引发剂作用下引发聚合，生成墨绿色溶液后，过滤洗涤后得到PVP-PANI墨绿色粉体。

本发明相对于现有技术的有益效果为：

（1）本发明能够提升硅基负极的循环稳定性，同时对硅基负极的首次库伦效率有提升作用。通过苯胺在聚乙烯吡咯烷酮上的亲核反应，生成具有导电能力的PANI-PVP粘结剂，该粘结剂中PVP良好的粘结和韧性降低了活性物质的体积膨胀效应，提升了电极的稳定性；PANI良好的电子导通性为循环过程产生的裂隙起到架桥作用，保证了电极的电接触，减少了硅基负极在循环过程中的容量损失，提升了循环性能。

（2）本发明能够提升电池的倍率和低温性能。本发明粘结剂中含有大量的羰基和内酰胺极性基团，对碳酸酯类电解液的亲和性较好，加上PANI良好的电子导通性，对电芯的动力学性能提升明显，能够大幅提高电芯的倍率和低温性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例和对比例对本发明作进一步的说明。下述说明中所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可商购获得，所涉及的试剂也可通过常规合成方法合成获得。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。