[发明专利]一种锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂及其制备方法、硅碳负极片

说明书

发明公开了一种锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂，由二酐单体、二胺单体和树枝状聚酰胺‑胺共聚制得，其中，树枝状聚酰胺‑胺是以对苯二胺为核，与丙烯酸甲酯、乙二胺依次交替反应制得。本发明还公开了上述锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂的制备方法，包括如下步骤：在惰性气体氛围中，向溶有机碱、二胺单体和树枝状聚酰胺‑胺的有机溶剂中加入二酐单体，进行反应得到聚酰胺酸溶液，然后进行亚胺化，提纯，再经酸中和处理得到锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂。本发明公开了一种硅碳负极片。本发明具有良好的粘结性能，能改善硅碳负极片在充放电过程中体积变化较大的问题，提高锂离子电池的性能。

技术领域

本发明涉及粘结剂技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂及其制备方法、硅碳负极片。

背景技术

发展锂离子电池是缓解当前能源和环境问题的有力措施，但其能量密度已无法满足未来储能装置的高要求。发展高比能量型锂离子电池必须从提高电极材料的性能入手。硅基材料具有容量高、成本低、平台电压低等优点，被认为是最具潜力的负极材料。然而，该类材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化(300％)，导致电池容量下降严重甚至失效。

目前，常用的粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)等。但是聚偏氟乙烯对极片组分与集流体的粘结性能不高，在充放电过程中对体积变化问题的改善效果并不好，且硅碳活性物质容易脱落，影响电池性能。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂及其制备方法、硅碳负极片，本发明具有良好的粘结性能，能改善硅碳负极片在充放电过程中体积变化较大的问题，提高锂离子电池的性能。

本发明提出了一种锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂，由二酐单体、二胺单体和树枝状聚酰胺-胺共聚制得，其中，树枝状聚酰胺-胺是以对苯二胺为核，与丙烯酸甲酯、乙二胺依次交替反应制得。

优选地，树枝状聚酰胺-胺的支化代数为1.0-3.0，树枝状聚酰胺-胺的端基为氨基。

上述树枝状大分子是通过多官能团单体(又称支化基元)逐步重复反应得到的具有树枝状高度支化结构的大分子。

上述树枝状聚酰胺-胺是以乙二胺为核，第一步反应与丙烯酸甲酯通过Michael加成反应生成一个四元酯，称为0.5代；第二步反应通过四元酯与乙二胺发生酰胺化反应生成一个四元酰胺化合物，称为1.0代；再用1.0代与丙烯酸甲酯反应生成1.5代；1.5代再与乙二胺反应生成2.0代，重复Michael加成和酰胺化反应，即可得到不同代数的树枝状聚酰胺-胺。

上述以对苯二胺为核，与丙烯酸甲酯反应制得的树枝状聚酰胺-胺的制备方法为本领域常规方法，重复Michael加成和酰胺化反应，即可制得。

优选地，二胺单体为含有磺酸基团的二胺单体。

上述二胺单体可以为具有如下结构式的物质中的一种：

等。

上述二酐单体可以为3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐、1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐等。

优选地，二酐单体、二胺单体、树枝状高分子聚酰胺-胺的摩尔比为1-1.3:0.95:0.05。

优选地，锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂的重均分子量＞10000。

本发明还提出了上述锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂的制备方法，包括如下步骤：在惰性气体氛围中，向溶有机碱、二胺单体和树枝状聚酰胺-胺的有机溶剂中加入二酐单体，进行反应得到聚酰胺酸溶液，然后进行亚胺化，提纯，再经酸中和处理得到锂离子电池用聚酰亚胺粘结剂。

优选地，于室温反应3-5h得到聚酰胺酸溶液。