[发明专利]聚合物粘结剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种聚合物粘结剂及其制备和应用。聚合物粘结剂包括第一聚合物粘结剂和第二聚合物粘结剂，其中，第一聚合物粘结剂和第二聚合物粘结剂的分子链均分别形成网格结构，而且第一聚合物粘结剂的网格结构与第二聚合物粘结剂的网格结构互相贯穿设置形成互穿网络结构。聚合物粘结剂能够与电极活性材料特别是硅基活性材料作用并连接，同时能够将电极活性材料特别是硅基活性材料包覆而形成包覆层，提高电极活性材料在电极活性层中分散的均匀性和在循环过程中的稳定性；能够与集流体之间具有强的粘结力，从而有效增强了活性层与集流体之间的结合强度。其能够在电极和锂离子电池中应用。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种聚合物粘结剂及其制备和应用。

背景技术

随着人们对环境保护和能源危机意识的增强，锂离子电池作为一种绿色环保的储能技术越来越受到人们的欢迎。锂离子电池因其能量密度高、循环长、稳定性高的特点得以广泛的利用。随着电子产品广泛应用和电动汽车的蓬勃发展，锂离子电池的市场日益广阔，但同时对锂离子电池安全提出了更高的要求。

目前，硅基负极材料的理论比容量高、嵌锂平台适宜，是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料。但在充放电过程中，硅的体积变化达到300％以上，剧烈的体积变化所产生的内应力，容易导致电极粉化、剥落，影响循环稳定性。

为了有效克服硅在充放电过程中的体积膨胀导致的不利于行，目前基本集中关注在复合硅材料研发方面，如设置包覆结构用于缓冲硅的体积膨胀。但是含硅电极的如比容量、循环性能等电化学性能除了与硅活性材料性能有关之外，还受到电极活性层所含的其他材料如粘结剂等性能的影响。

目前，在负极含有硅基材料的锂离子电池中，负极常用的粘结剂是丁苯橡胶(SBR)和聚丙烯酸(PAA)等。但SBR表面缺乏足够多的官能团，无法对硅材料形成有效的粘结作用，难以抑制硅基材料巨大的体积膨胀。而PAA作为粘结剂使用时，机械强度低，形变大以及过度溶胀，玻璃化温度低，容易造成粘接力差，极片较脆，甚至出现掉粉等情况，较大程度的影响负极片生产过程的良率和锂离子电池的性能。且SBR和PAA粘结剂分子呈直链状，作为粘结剂时容易从硅颗粒表面脱落，造成硅基负极循环后期不可逆容量增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种聚合物粘结剂及其制备方法以及含有所述聚合物粘结剂的电极和锂离子电池，以解决现有电极所用粘结剂的粘结性能不理想而导致电极、锂离子电池电化学性能不稳定的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种聚合物粘结剂。所述聚合物粘结剂包括第一聚合物粘结剂和第二聚合物粘结剂，其中，第一聚合物粘结剂和第二聚合物粘结剂的分子链均分别形成网格结构，而且第一聚合物粘结剂的网格结构与第二聚合物粘结剂的网格结构互相贯穿设置形成互穿网络结构。

这样，所述聚合物粘结剂通过所含第一聚合物粘结剂和第二聚合物粘结剂的增效作用，一方面能够与电极活性材料特别是硅基活性材料作用并连接，同时能够将电极活性材料特别是硅基活性材料包覆而形成包覆层，提高电极活性材料在电极活性层中分散的均匀性和在循环过程中的稳定性；另一方面能够与集流体之间具有强的粘结力，从而有效增强了活性层与集流体之间的结合强度。而且将所含的第一聚合物粘结剂和第二聚合物粘结剂的分子链分别设置成网格结构，并使得两种聚合物粘结剂所含的网格结构互相贯穿设置形成互穿网络结构，使得两聚合物粘结剂的分子链形成一网络结构整体，以使得两聚合物粘结剂能够发挥协同增效作用，有效增强其与电极活性材料、集流体之间以及活性层所含材料之间粘结强度，并降低聚合物粘结剂的用量，从而有效提高电极在循环过程中结构的稳定性和电化学性能的稳定性。

优选地，所述第一聚合物粘结剂含有-COOH、-OH、-NH₂中的至少一种极性官能团。

具体地，所述第一聚合物粘结剂包括聚(丙烯酸-丙烯腈)、聚(丙烯酸-丙烯腈)盐类粘结剂、聚(乙烯醇)中的至少一种。