[发明专利]一种具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明为一种具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂及其制备方法和应用。该粘结剂是一种含有大量巯基官能团的交联网络聚合物，具有自修复的性能。制备中利用含有硫代环状碳酸酯官能团的组分A和多氨基官能团的组分B反应，将硫代环状碳酸酯官能团在反应中开环与多氨基官能团反应生成一种含有大量巯基官能团(—SH)的粘结剂，并首次将其利用到锂离子电池的负极材料上。本发明与传统锂离子电池粘结剂CMC制备的锂离子电池相比，锂离子电池比容量以及循环稳定性有着显著的提高，初始放电比容量提升了约12.7％，容量保持率约为98.0％。

技术领域：

本发明属于锂离子电池粘结剂领域。具体设计一种具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂的制备方法及其应用。

背景技术：

当今世界，人们越来越注重科学技术朝着绿色、高效、能源节约和实用开发方向发展。锂离子电池拥有以下优点：污染小、允许反复充放电、体积能量密度高等，所以锂离子电池拥有不错的发展前景。然而随着社会的不断发展和生活的日益需增，人们对锂离子电池提出了更为严苛的要求，希望锂离子电池的性能更加优异，所以当前致力于研制出充放电性能更加优异、质量体积更小、容量更大的锂离子电池(Journal of Power Sources,2016,329,323-329)。之前，人们大多数都在集中地研究锂离子电池的电极材料、电解液等方面，(Appl Polymer.Sci,2012,125(2),1027-1032)，却对锂离子电池的辅助项成分，比如粘结剂的相关研究较少，但通过分析试验研究数据发现粘结剂却对锂离子电池的许多电化学性能，如稳定性、不可逆容量损失等性能起着至关重要的作用(Journal of Power Sources,2012,199(1),331-335)。

粘结剂作为锂离子电池中的一个重要组成部分，其作用就是保证活性物质之间以及活性物质与集流体之间具有一定的粘结强度。目前，锂离子电池负极主要使用的粘结剂是羧甲基纤维素(CMC)，但是CMC脆性大，柔顺性很差。所以一般CMC都与丁苯橡胶(SBR)混用，但是由于材料的密度不同，混用很容易造成粘结剂在电极片中分散不均匀现象(Electrochem.Soc,2012,2(10),1016)。目前，研究开发一种高性能的锂离子电池的粘结剂已经成为人们的研究焦点，以此来提高锂离子电池的性能。

发明内容：

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂及其制备方法和应用。本发明利用的是含有硫代环状碳酸酯官能团的组分A和多氨基官能团的组分B，首次将硫代环状碳酸酯官能团在反应中开环与多氨基官能团反应生成一种含有大量巯基官能团(—SH)的粘结剂，并首次将其利用到锂离子电池的负极材料上。本发明中的粘结剂由于含有大量巯基，巯基之间能够相互反应，生成具有自修复性能的二硫键。二硫键能够修复锂离子电池在充放电过程中因活性物质粉化或体积变化而被破坏的负极结构，从而可以有效提高锂离子电池的放电比容量和电化学循环性能。

本发明的技术方案为：

一种具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂，该粘结剂的结构式如下：

其中，

所述的具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

将含硫代环状碳酸酯官能团的组分A和含多氨基官能团的组分B加入到溶剂中，在50～100℃下反应0.5～24小时，再经过浓缩、透析、干燥，得到具有自修复性能的锂离子电池负极粘结剂；

其中，质量比为，组分A：组分B＝(1～10)：(1～10)；每毫升溶剂加入40～60mg组分A；

所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或水；