[发明专利]一种硅基负极自修复聚合物粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硅基负极自修复聚合物粘结剂及其制备方法和应用。所述聚合物粘结剂的制备方法包括如下步骤：S1.将聚乙二醇二丙烯酸酯加入到硫辛酸，于50～100℃搅拌反应1～5h，得到聚乙二醇交联的聚硫辛酸；S2.将步骤S1得到的聚乙二醇交联的聚硫辛酸与聚丙烯酸按照质量比为1：(1～20)混合溶于水或者有机溶剂中，反应，干燥得到所述聚合物粘结剂。所述聚合物自修复能力强，断裂伸长率高，由所述聚合物粘结剂制备的负极片组装成扣式电池，提高了锂离子电池硅基负极的循环过程中的稳定后的比容量，延长了锂离子硅基负极电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种硅基负极自修复聚合物粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车产业等新能源行业的发展，高能量/功率密度的锂离子电池成为一大研究热点，为了满足高能量密度发展的要求，人们发现了新的负极材料——硅、硫，其中硅的理论比容量高达4200mAh/g，是传统石墨负极的10倍，而且硅元素广泛存在于自然界中，存量大、价格便宜的同时对环境基本无污染，是一种具有重大应用价值的新负极材料。然而硅在充放电过程中剧烈的体积膨胀，引起活性材料粉化导致电池失效，是目前硅负极商业化进程中最大的难关。因此抑制硅负极体积膨胀是实现硅负极锂离子电池商业化的最有效方式。

锂离子电池中的粘结剂具有维持充放电过程电极结构的完整性的重要作用。因此，选择一种合适的具有良好韧性及黏附性的粘结剂将有益于抑制硅负极的体积膨胀效应，从而保证硅负极在充放电过程中与导电添加剂的有效接触，保持硅负极脱嵌锂过程中完整性。现有粘结剂有聚丙烯酸(PAA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)、SBR、海藻酸钠、瓜尔胶、卡拉胶、阿拉伯胶、壳聚糖、PI等。

但这些粘结剂存在许多问题，如聚偏氟乙烯(PVDF)容易结晶(结晶度约为50％)，导致电极的电导率较低；如丁苯橡胶(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯酸(PAA)等，并不能很好的提高抑制正负极体积膨胀的作用。为此，人们开始寻求新的粘结剂或者改良这些已有的粘结剂来满足需求。

如中国专利(CN110085867A)公开的一种氢氧化锂与聚丙烯酸物理共混负极粘结剂，在一定程度上抑制了活性材料的膨胀。但是，在使用过程中，氢氧化锂容易脱落，从而使锂电池的循环寿命下降。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述电极材料体积膨胀，锂电池循环寿命短的缺陷，提供一种硅基负极自修复聚合物粘结剂的制备方法，所述聚合物粘结剂还能够提高电池硅基负极的容量保持率和能量密度。

本发明的另一目的在于提供所述硅基负极自修复聚合物粘结剂。

本发明的另一目的在于提供所述硅基负极自修复聚合物粘结剂的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种硅基负极自修复聚合物粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将聚乙二醇二丙烯酸酯加入到硫辛酸中，所述硫酸锌与聚乙二醇二丙烯酸酯的比为1g:(25～200)μL，于50～100℃搅拌反应1～5h，得到聚乙二醇交联的聚硫辛酸；

S2.将步骤S1得到的聚乙二醇交联的聚硫辛酸与聚丙烯酸按照质量比为1：(1～20)的比例混合溶于水或者有机溶剂中，反应，干燥得到所述聚合物粘结剂。

一般地，聚丙烯酸是一种线性刚性材料，韧性小，易脆，在电池充放电的过程中随着材料的极度膨胀和缩小，聚丙烯酸容易断裂，降低电池的循环寿命。