[发明专利]光交联型丝素蛋白水性粘结剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种光交联型丝素蛋白水性粘结剂，其中，所述光交联型丝素蛋白水性粘结剂主要由甲基丙烯酸化丝素蛋白通过光引发剂引发聚合反应，通过光交联的方式进行共价交联制得。本发明提供的光交联型丝素蛋白水性粘结剂粘结力强，电化学性能显著提高，应用于制备锂离子电池的电极，提高电极的完整性和增强电极的稳定性，从而可以提高电极的循环性能和倍率性能等电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种光交联型丝素蛋白水性粘结剂及其制备方法与其在制备锂离子电池电极中的应用。

背景技术

锂硫电池虽然具有理论比容量高、能量密度高、价格低廉、无污染等优势，但锂硫电池充放电过程中锂多硫化物的“穿梭效应”、硫正极活性材料充放电过程中复杂的固-液-固相变化严重阻碍了锂硫电池的实际应用和产业化发展。

通常情况下，一个典型的锂硫电池硫正极由集流体、具备电化学活性的硫正极活性材料、导电碳添加剂、聚合物粘结剂四部分组成，虽然本身不具备电化学反应活性、不导电、在电极材料中所占质量比重不大(通常小于10％)，但粘结剂是锂硫电池硫正极中十分重要的组成部分，对电池的电化学性能有着很大的影响。目前，现有技术中已公开的锂硫电池粘结剂所能实现的功能主要分为以下几种：(1)确保活性物质硫颗粒与导电碳添加剂之间的紧密接触；(2)提供强劲有效的粘合力，使S/C活性材料紧密附着在集流体上；(3)缓冲单质硫在充放电过程中所发生的巨大的体积变化并保持电极结构的完整性，对于活性物质负载较高的硫正极来说，聚合物粘合剂所起到的保持正极结构完整性这一功能尤为重要；(4)促进锂离子在硫正极中的传输及电子在其中的转移；(5)与多硫化物发生一定的物理化学相互作用从而捕获可溶性多硫化锂；(6)促进多硫化物的氧化还原反应动力学。

目前常用的粘结剂主要有PVDF(聚偏二氟乙烯)和PEO(聚环氧乙烷)。PEO是由环氧乙烷开环聚合生成的一种结晶性、热塑性的水溶性醚类树脂，其优点是导离子性能好，缺点是粘附性较差。而PVDF虽然具有一定粘附强度及高电化学稳定性，但无法降低锂多硫化物的穿梭现象，同时其较差的力学性能也使得正极结构无法得到稳固，并且，在应用其作为粘结剂制备电极浆料过程中需要使用毒性有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光交联型丝素蛋白水性粘结剂，以解决上述技术问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供了一种光交联型丝素蛋白水性粘结剂，其制备方法包括如下步骤：

(1)将碳酸钠溶解于去离子水中，得碳酸钠溶液；

(2)将蚕茧加入碳酸钠溶液中，加热至80℃-100℃并保持1-2h，过滤取滤渣干燥，得丝素；

(3)将丝素加入溴化锂溶液中，并加入甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应；

(4)将步骤(3)中反应后的溶液过滤，取滤液进行透析，得甲基丙烯酸化丝素蛋白溶液；

(5)将光引发剂和甲基丙烯酸化丝素蛋白溶液各自单独分装，即得光交联型丝素蛋白水性粘结剂；使用时将光引发剂加入甲基丙烯酸化丝素蛋白溶液中，溶解后用UV灯照射，即可。

本发明提供的光交联型丝素蛋白水性粘结剂的制备方法，通过将甲基丙烯酸基团引入含有氨基基团的丝素蛋白中，得到甲基丙烯酸化丝素蛋白，使用时通过光引发剂引发聚合反应，即可得到具备粘结性能的光交联型丝素蛋白粘结剂。本发明提供的光交联型丝素蛋白粘结剂中，丝素蛋白分子上丰富的氨基与羟基对多硫化物有很强的吸附作用，可以显著提高聚合物粘结剂的性能，缓解循环过程中的穿梭效应，通过光交联提供的共价网络可以提高电极的完整性和增强电极的稳定性，从而可以提高锂离子电池电极长期循环条件下的电化学性能。

在一些实施方式中，步骤(1)中，去离子水的pH值可以为6.8-7.4，碳酸钠溶液的浓度可以为4.5-6g/L。