[发明专利]一种网络结构离子导电粘合剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种网络结构离子导电粘合剂及其制备方法和应用，该粘合剂采用“一锅法”合成，制备流程简单，该粘合剂结合了聚丙烯酸对活性材料的优良粘附性能和聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物链段的良好离子导电性能，同时通过缩合反应形成三维交联网络结构。将其应用于锂离子电池负极时，能够有效改善充放电过程中电极结构劣化的难题，提升电极的电化学性能；三维网络结构使粘合剂具有优异的力学性能，可以有效缓减活性材料在充放电过程中产生的应力；离子导电性能为电极提供锂离子迁移的通道，从而促进锂离子的运输，对于提高电极的倍率性能具有重要意义。

技术领域

本发明属于能源电池技术领域，具体涉及一种网络结构离子导电粘合剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，煤炭、石油等传统化石能源由于其不可再生、储量有限、污染较为严重等缺点，已经不能适应当今时代人们对于能源发展的要求。因此，绿色清洁、安全高效的新能源技术的有效开发和大规模利用对于缓解人类面临的能源和环境危机，以及未来人类社会的可持续发展具有重要的意义。

锂离子电池作为一种新型的绿色可充放能源存储器件，具有高能量密度、高工作电压、长使用寿命、环境友好等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑等电子设备中。近年来，面对电子产品小型化、薄型化的趋势，锂离子电池更需不断发展以满足市场的要求。而且，随着许多国家纷纷宣布未来将停止消费销售燃油车，使得新能源电动汽车这种大规模储能应用的发展成为趋势，这对锂离子电池的性能提出了更高的要求。

粘合剂作为维持电池中电极结构的关键成分，主要作用是将电极活性材料和导电剂粘附到集流体上，其性能的优劣直接影响电极的电化学性能。特别是对硅、锡、锑、锗等在嵌锂过程中体积膨胀巨大的合金类负极材料，通过选择设计结构和性能可控的聚合物粘合剂，来适应电极材料在充放电过程中的体积变化，是提升电极循环稳定性的一种简单有效的方法。

目前商业化锂离子电池的电极制备中最常用的聚合物粘合剂是聚偏氟乙烯(PVDF)，PVDF是线性结构，没有功能化的支链结构，只能以范德华力与负极材料相结合，不能提供足够的粘合力，导致电极材料易从集流体上粉化脱落，使电池性能不稳定，容量迅速衰减。羧甲基纤维素钠(CMC)和聚丙烯酸(PAA)可以通过化学键与电极材料相连，结合力较强，从而相对提高电极的循环稳定性。但它们仍为线性结构，难以适应负极材料大体积膨胀带来的各种挑战。因此，迫切需要开发新型的功能型粘合剂来解决这一关键技术难题，从而推动合金类负极材料在锂离子电池中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有网络结构和离子导电性能的聚丙烯酸- 普朗尼克粘合剂及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的缺陷；本发明采用“一锅法”制备的功能性聚合物网络粘合剂，是由丙烯酸单体直接在水介质中自由基反应聚合而成的聚丙烯酸和普朗尼克发生缩合反应制得。该粘合剂由聚丙烯酸和普朗尼克交联，进而形成网络结构，能够提高粘合剂与活性材料之间的结合力，能有效地维持电极结构的完整性和稳定性，因此可以提升电极的循环稳定性；同时，普朗尼克的聚氧乙烯，聚氧丙烯链段具有离子导电性能，可以提供锂离子迁移的通道，能够改善电极的倍率性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种网络结构离子导电粘合剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将普朗尼克溶于去离子水中，制备普朗尼克水溶液；将丙烯酸单体溶于去离子水中，制备丙烯酸水溶液，加入氢氧化锂粉末调节丙烯酸水溶液的pH；

步骤2：将引发剂加入调节pH后的丙烯酸水溶液中，将其升温至60-90℃后，加入步骤1制备的普朗尼克水溶液；

步骤3：对步骤2得到的反应溶液进行磁力搅拌，在氮气保护下进行反应，当反应1-5h后，反应结束，制得聚丙烯酸和普朗尼克交联形成的网络结构离子导电粘合剂。

进一步地，所述普朗尼克的链段为聚氧乙烯聚氧丙烯醚，具有离子导电性能，可以提供离子迁移通道，提升电极的倍率性能。