[发明专利]一种无机氧化物掺杂的水性粘结剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种无机氧化物掺杂的水性粘结剂的制备方法，主要包括以下步骤：1、用硅烷偶联剂处理无机氧化物表面，增强无机氧化物表面极性；2、用去离子水分散丁苯橡胶（SBR）和聚乙烯醇；3、将获得无机氧化物加入到分散的丁苯橡胶‑聚乙烯醇水分散液，搅拌3‑6h后，获得无机氧化物掺杂的丁苯橡胶‑聚乙烯醇水性粘结剂。本发明在柔韧性较好的丁苯橡胶和聚乙烯醇中通过强极性的作用掺杂无机氧化物颗粒，来提高丁苯橡胶链段与乙烯醇链段的相互作用，使之形成交联结构，降低线性聚乙烯醇的结晶度，并且可以很好的抑制硅碳负极材料的体积膨胀效应。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种无机物氧化物掺杂的水性粘结剂。

背景技术

目前锂电池负极材料主要为碳材料和非碳材料两种，其中碳材料的研究已经非常成熟，但其372mAh/g的理论容量无法满足人们对高能量密度锂电池的追求。硅负极材料由于其理论容量高达4200mAh/g受到人们的广泛关注，硅负极材料也因此成为一个研究热点。但硅负极材料有一天然劣势，硅负极材料冲放电过程中，材料体积容易膨胀(300％)，这极大的影响了其在锂电池中的使用。

为此人们尝试许多方法来解决这个问题，如在硅表面包覆一层碳层来抑制硅的膨胀效应，如CN109786666A共开了一种氮掺杂碳包覆硅纳米颗粒复合材料，通过在硅纳米颗粒表面包覆一层氮掺杂碳来抑制硅材料的膨胀，获得比较好的循环稳定性。CN110010867A公开了一种石墨烯硅基柔性复合锂电池负极材料，通过在硅纳米颗粒的表面包覆一层石墨烯来抑制硅纳米颗粒的膨胀效应。然而通过包覆活性材料，在一定程度上也降低了硅负极的活性，使其容量下降。为了不降低硅负极材料的活性，人们也有在硅负极材料中掺杂一些刚性颗粒来降低硅负极的膨胀比例，如CN109817895A在负极浆料中加入陶瓷颗粒来抑制硅材料的膨胀。但陶瓷颗粒直接掺杂存在分散困难以及在使用过程中容易脱落的问题。上述方法均是改良硅基负极材料的结构与组成，很少有对粘结剂进行改良来抑制硅基负极材料的膨胀效应。

发明内容

本发明针对现有的硅碳粘结剂不能很好的抑制硅碳负极在充放电过程中体积效应，提供了一种无机氧化物掺杂的水性粘结剂的制备方法，柔韧性较好的丁苯橡胶和聚乙烯醇中通过强极性的作用掺杂无机氧化物颗粒，可以很好的抑制硅碳负极材料的体积膨胀效应。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种无机氧化物掺杂的水性粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)、硅烷偶联剂的水解：将硅烷偶联剂加入到去离子水中，控制其固含量为0.5％-1％，用醋酸调节溶液的pH到4-5，搅拌0.5-2h后，获得硅烷偶联剂水解溶液；

(2)、无机氧化物的表面处理：将无机氧化物加入到步骤(1)获得的硅烷偶联剂水解溶液中，超声分散0.5-1h，搅拌6-8h后，获得表面具有强极性的无机氧化物水分散液；

(3)、水性粘结剂的制备：将丁苯橡胶、聚乙烯醇加入到去离子水中，搅拌0.5-2h后，获得丁苯橡胶-聚乙烯醇分散液；将步骤(2)获得无机氧化物水分散液与丁苯橡胶-聚乙烯醇分散液混合，搅拌6-8h后，得到无机氧化物掺杂的水性粘结剂。

按上述方案，丁苯橡胶、聚乙烯醇、无机氧化物的质量比为(5-6):(3-4):(1-2)。

按上述方案，所述无机氧化物水分散液中无机氧化物的固含量约为8-12％，丁苯橡胶-聚乙烯醇分散液中控制丁苯橡胶-聚乙烯醇的固含量在8-12％，最终所制备的无机氧化物掺杂的水性粘结剂固含量也约为8-12％。

按上述方案，所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)等中任意一种。

按上述方案，所述的醋酸的浓度为0.5-1.5mol/L。