[发明专利]一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法

说明书

发明公开了一种粘结剂，由二酐单体、二胺单体和聚氧化丙烯多胺共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，然后亚胺化制得。本发明还公开了一种硅碳负极片及其制备方法。本发明通过在主链中引入聚氧化丙烯多胺，在主链两端接枝脲基团，再经亚胺化热分解聚氧化丙烯，提高粘结剂的粘附性能、缓冲性能，并能在充放电过程中重复形成交联网络，从而大幅改善负极片体积膨胀问题，并能防止硅碳活性物质的脱落，促进电解液与活性物质的充分接触，提高电池性能。

技术领域

本发明涉及粘结剂技术领域，尤其涉及一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其良好的循环性能、高能量密度、高安全性能等优势广泛应用于手机、电脑等便携电子设备。但随着新能源汽车和新型便携电子产品的发展，对锂离子电池的能量密度提出了新的挑战。使用传统石墨作为负极材料已经不能满足市场的需求，急需开发具有更高比容量的负极材料。

硅是已知的理论比容量最高的材料，具有丰富的储量，被认为是最有潜力的新型负极材料之一。硅(Si)的理论比容量可达4200mAh/g(嵌锂产物为Li_4.4Si)，但硅负极在充放电过程中，伴随着巨大的体积变化，膨胀率达到300％，过度的体积膨胀产生的巨大应力会导致硅颗粒粉化，固体电解质界面膜(SEI膜)破裂、极片开裂等，使Si的容量不可逆地衰减，严重影响硅负极的循环性能。如何改善硅负极的循环性能是需要解决的首要问题。

除了对颗粒结构、表面包覆的改性可提高Si粉的循环特性外，采用与Si负极材料匹配的电解液、粘结剂也能大幅改善Si粉的循环稳定性。聚偏氟乙烯(PVDF)树脂是一种被广泛应用的锂离子电池正负极材料的粘结剂，虽具有良好的稳定性，但其粘接强度弱，拉伸强度约为55MPa，仅能适应膨胀率在10％以内的体积膨胀，难以应用在Si负极上。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种粘结剂、硅碳负极片及其制备方法，本发明通过在主链中引入聚氧化丙烯多胺，在主链两端接枝脲基团，再经亚胺化热分解聚氧化丙烯，提高粘结剂的粘附性能、缓冲性能，并能在充放电过程中重复形成交联网络，从而大幅改善负极片体积膨胀问题，并能防止硅碳活性物质的脱落，促进电解液与活性物质的充分接触，提高电池性能。

本发明提出了一种粘结剂，由二酐单体、二胺单体和聚氧化丙烯多胺共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，然后亚胺化制得。

上述共聚制得端氨基聚酰胺酸，再用封端剂进行异氰酸酯基团封端，均在惰性气体氛围中进行；优选于30-50℃共聚10-15h制得端氨基聚酰胺酸；优选于60-80℃反应2-4h进行异氰酸酯基团封端；上述端氨基聚酰胺酸是指氨基封端的聚酰胺酸。

优选地，聚氧化丙烯多胺的结构式为：其中，R为碳原子数≥2的亚烷基。

优选地，聚氧化丙烯多胺的分子量为300-500。

本发明选用聚氧化丙烯多胺与二胺单体、二酐单体共聚，在聚酰胺酸主链中引入了聚氧化丙烯链段，并且引入了亚胺基团，可与硅碳活性物质颗粒之间形成较强的氢键，从而提高粘结剂与硅碳活性物质间的相互作用，提高黏附强度；另外在亚胺化过程中聚氧化丙烯会热分解，形成多孔结构，提高粘结剂的缓冲性能，改善充放电过程中负极片体积膨胀问题，并能促进电解液与活性物质的充分接触，提高电池性能。

上述聚氧化丙烯多胺的具体制备步骤可以参照文献《聚氧化丙烯多胺的合成、表征及对环氧树脂的增韧效应》中公开的方法，具体步骤为：在吡啶存在条件下，聚氧化丙烯二元醇与对甲苯磺酰氯反应得到双磺酯化聚醚，然后在惰性气体保护下，双磺酯化聚醚与二胺进行胺解反应得到聚氧化丙烯多胺，其中，所述二胺优选脂肪族二胺，如乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺等。

优选地，封端剂为含有一个异氰酸酯基团的物质。