[发明专利]一种共混型聚乙烯醇基粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，公开了一种共混型聚乙烯醇基粘结剂及其制备方法和应用。本发明将质量分数为1～20％的聚乙烯醇水溶液与质量分数为1～20％的半乳甘露聚糖水溶液共混，即得到共混型聚乙烯醇基粘结剂。相对于单一聚乙烯醇粘接剂，采用该共混型粘结剂制备的复合膜的孔隙直径更小，孔径分布更均匀，且热稳定性更高，可以有效缓解硅负极循环过程中的开裂问题，且改变了聚乙烯醇粘结剂的物理特性，使其能够缓冲硅负极巨大的体积变化；同时还具有优异的导锂特性。本发明的粘结剂适用范围广，且成本低廉、原料易得、工艺简单、环境友好，易实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种共混型聚乙烯醇基粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

硅凭借超高的理论比容量(高温可达4200mAh/g)、高体积比容量(9786mAh/cm³)、低脱嵌锂电位(0.5V vs.Li/Li⁺)、高储藏、低污染等优势，成为最具潜力的下一代负极材料之一。但是基于合金化储锂机制的硅负极体积膨胀较大，造成硅在充放电过程中易粉化破碎，固体电解质界面膜不稳定，硅脱离导电网络等问题。这些问题导致硅负极的循环容量衰减快，大电流充放电性能差，严重制约了硅负极的产业化应用。

设计功能粘结剂是提升硅负极电化学性能的一种重要方法。经研究，水性粘结剂更加适用于硅负极。其中，多羟基聚乙烯醇聚合物具有良好的热稳定性和成膜性，且能够和硅表面的羟基官能团形成强氢键作用，从而可以在一定程度上缓冲硅负极的体积膨胀。

但是，使用单一的聚乙烯醇粘结剂存在黏度低、功能性差、电极材料分散性差的弊端，使得硅负极的电化学性能仍然有很大的提升空间。共混型粘结剂可以克服单一粘结剂的缺点，考察共混材料的类别和功能、共混粘结剂之间的协同作用，及共混粘结剂对硅负极电化学性能的影响，对促进硅负极的产业化应用具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共混型聚乙烯醇基粘结剂及其制备方法和应用，解决目前现有聚乙烯醇单独作为粘结剂存在的上述问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

将聚乙烯醇水溶液和半乳甘露聚糖水溶液共混，得到共混型聚乙烯醇基粘结剂。

优选的，在上述一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为1～20％。

优选的，在上述一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的制备方法中，所述半乳甘露聚糖水溶液的质量分数为1～20％。

优选的，在上述一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的制备方法中，所述聚乙烯醇水溶液和半乳甘露聚糖水溶液共混的质量比为0.5～10：0.1～7。

优选的，在上述一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的制备方法中，所述半乳甘露聚糖水溶液的pH为5～9。

本发明还提供了一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的制备方法制得的一种共混型聚乙烯醇基粘结剂。

本发明还提供了一种共混型聚乙烯醇基粘结剂在锂离子电池负极材料中的应用。

优选的，在上述一种共混型聚乙烯醇基粘结剂的应用中，所述锂离子电池负极材料包括硅电极、石墨电极、硅碳电极和氧化亚硅电极。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的粘结剂具有很大的黏度，且具有良好的稳定性，易于储存。其不仅可以作为增稠剂，极大地改变聚乙烯醇粘结剂的物理特性，使其能够缓冲硅负极巨大的体积变化；而且其具有优异的导锂特性，克服了传统聚合物粘结剂导锂性差的弊端，可以大幅度提高硅负极的倍率。