[发明专利]一种三维网络型水系粘结剂及其制备方法与电极片

说明书

本发明涉及电极粘结剂，具体公开了一种三维网络型水系粘结剂及其制备方法与电极片。所述三维网络型水系粘结剂由水系粘结剂与柠檬酸(CA)发生键合反应形成三维网络型分子结构，所述水系粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)和/或羧甲基纤维素钠(NaCMC)。本发明利用小分子柠檬酸双侧配合实现对粘结剂网络间距的调控，提高配体利用效率的同时强化粘结网络固定作用。本发明通过配合生产工艺的改良，不需要增加工艺步骤即可实现大规模的应用，能够有效的防止硅碳负极等大体积变化的负极材料在循环过程中发生电极粉化脱落，从而提高循环性能，延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及电极粘结剂，具体地说，涉及一种三维网络型水系粘结剂及其制备方法与电极片。

背景技术

电动汽车的发展对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，常用的石墨负极材料已经逐渐逼近其理论容量(372mAh/g)，为了进一步提高锂离子电池的能量密度，高理论容量的硅基材料具有更好的应用前景。

然而，硅基材料迟迟没能得到大规模应用的原因主要是因为伴随着高的比容量，硅基材料在嵌/脱锂过程中会出现大的体积膨胀/收缩，常常引起电极的粉化，尤其对于纳米硅材料，粉化脱落失去电接触是造成循环跳水的主要原因。

目前解决这个问题主要从两个方向入手，一是对硅材料进行结构设计，比如制备多孔结构，多孔纳米线，表面包覆纳米线或者材料纳米化后与较为稳定的碳材料复合等，这些方法能够从一定程度上缓解电极的粉化，但带来的弊端是降低体积能量密度且首效常常很低；另一个解决途径是采用更有效的粘结剂起到稳定电极的作用，以高强度的粘结力来防止电极粉化，即使材料内部断裂也不至于颗粒失去电接触而失效。

关于粘结剂的研究目前也比较多，例如运用可逆加成断裂链转移自由基聚合技术制备丙烯酸丁酯/苯乙烯/丙烯酸甲酯嵌段共聚物胶乳用作电极粘结剂，或采用CNT化学键合反应得到碳纳米管聚合物作为粘结剂，或采用含聚丙烯酸钠共价接枝的羧甲基纤维素钠共聚物的粘结剂及利用酯化反应制备的粘结剂等。这些技术方案大致的思路在于采用聚合或交联或化学反应使粘结剂在极片中形成三维网络结构，从而提高粘结效率。然而，这些方案的缺陷在于掺入添加剂仅单侧通过化学反应成键固定于粘结剂网络，起到增强粘结效率的作用，另一侧不参与成键，依靠长链效应和空间位阻搭附在粘结剂上，对材料体积膨胀的束缚作用远小于化学键合得到的3D网络。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种三维网络型水系粘结剂及其制备方法与电极片。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种三维网络型水系粘结剂，所述三维网络型水系粘结剂由水系粘结剂和柠檬酸(CA)发生键合反应形成三维网络型分子结构，所述水系粘结剂为羧甲基纤维素(CMC)和/或羧甲基纤维素钠(NaCMC)。

作为优选，所述水系粘结剂和柠檬酸的相对质量比为8～10:1。

第二方面，本发明提供了三维网络型水系粘结剂的制备方法，将前述水系粘结剂与柠檬酸在150～170℃下进行键合反应，键合时间为2～8h，得到三维网络粘结结构。

第三方面，本发明提供一种电极片的制备方法，利用活性材料、导电剂和电极粘结剂制备电极浆料，并将电极浆料双面涂布于集流体表面，进行烘烤；所述电极粘结剂包括羧甲基纤维素和/或羧甲基纤维素钠与柠檬酸，所述烘烤温度为150～170℃，烘烤时间为2～8h。

作为优选，所述羧甲基纤维素和/或羧甲基纤维素钠与和柠檬酸的相对质量比为8～10:1。

进一步地，为增加与铜箔之间的粘结力还可添加SBR，SBR与(CMC/NaCMC+CA)的质量比为2.5～3.5：4，典型但非限制性地优选为2.5:4、3:4、3.5:4。