[发明专利]一种用于锂离子电池负极材料的水系粘结剂及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池负极材料领域，公开了一种用于锂离子电池负极的水系粘结剂及其制备方法。该粘结剂的主要成分为聚乙烯醇(PVA)、聚多巴胺(PDA)和聚3,4‑乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐水溶液(PEDOT:PSS)。本发明公开了该粘结剂的制备方法并且披露了由这种粘结剂制备的锂离子电池。该粘结剂的粘结性强，在用于锂离子电池时性能优异，特别适用于以硅为负极的锂离子电池，可以提高硅基锂离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电化学储能装置中应用的聚合物粘结剂领域，特别是涉及一种用于锂离子电池负极材料的水系粘结剂及其制备方法。

背景技术

当今社会需要有效的能量存储系统，锂离子电池是目前最受关注的能量存储装置之一，主要应用于电动汽车、智能手机和平板电脑等领域。电极材料的性能是决定锂离子电池性能的关键，其中，粘结剂用于粘合导电剂颗粒和活性物质，并把它们粘结在金属集流体表面，粘结剂性能与电池的循环性能密切相关。若粘结剂的性能不好，则易引起电极在电化学循环过程中粉化，导致电极材料从集流体表面脱落，从而失去电化学储能性能。所以高性能粘结剂的开发是力高锂离子电池性能的重要方面。

目前最常用的锂离子电池粘结剂主要有羟甲基纤维素钠(CMC)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。CMC以水为溶剂，成本低、应用广泛且环境友好，但这类粘结剂导电性能较差而且机械性能不好。PVDF的粘结性较好，但需要N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，导致成本高且对环境有污染，另外，PVDF在一些常用的电解液中溶胀，使电极的稳定性下降。

如专利文献CN 105047935B中公开了一种复合粘结剂，由导电聚合物单体与水系粘结剂在酸性介质存在的环境中进行原位复合反应制备而成。该导电聚合物单体选用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。所述水系粘结剂选用聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸、羧甲基壳聚糖、羧甲基淀粉中的任一种或两种以上的混合物。所述酸性介质中的酸选用盐酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸、萘磺酸、植酸中的至少一种。

此外，一些高点融的电极材料(例如硅等)在充放电循环过程中会有显著的体积变化，而这些常用的粘结剂无法达到要求，因此要开发更好性能的粘结剂以满足需要。

发明内容

针对现在粘结剂所存在的问题，本发明提出了一种用于锂离子电池负极材料的水系粘结剂及其制备方法，为一种高性能锂离子电池水系粘结剂。该粘结剂主要成分为聚乙烯醇(PVA)、聚多巴胺(PDA)和聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐水溶液(PEDOT:PSS)。这种粘结剂粘结性强，在用于锂离子电池时循环稳定性好，适用于以硅为负极的锂离子电池。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于锂离子电池负极用的水系粘结剂，包括以下体积比的各组分：体积比为25:5:2-5的聚乙烯醇溶液、聚多巴胺溶液、PEDOT:PSS水溶液。聚乙烯醇溶液和聚多巴胺溶液可提升其粘结性，PEDOT:PSS水溶液可提升其导电性。

优选地，所述聚乙烯醇溶液的制备方法为：将聚乙烯醇溶于水中，搅拌溶解，即得。

优选地，所述水的温度为90摄氏度。

优选地，所述聚多巴胺溶液的制备方法为：以多巴胺为溶质，PH缓冲液为溶剂，在遮光、有氧条件下搅拌生成聚多巴胺溶液。

优选地，所述PH缓冲液选自tris-Hcl缓冲液；所述在遮光、有氧条件下搅拌12h。

优选地，所述水系粘结剂中聚乙烯醇与聚多巴胺的质量比为1:0.1-0.9。当粘结剂中的这两种组分的质量比不在该范围内时，导致性能变差。如大于1:0.1，会导致粘结剂的粘结力不能维持在较高水平；如小于1:0.9，会导致电池容量降低。

优选地，所述PEDOT:PSS水溶液的质量分数为0.1％-5％。