[发明专利]一种负极粘结剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种负极粘结剂及其制备方法和用途。本发明的负极粘结剂，由聚乙烯亚胺与羟基烷基酸经聚合反应得到，所述聚乙烯亚胺与所述羟基烷基酸的摩尔比为0.9‑1.1。本发明的负极粘结剂与硅基材料具有优异的粘结力，可以抑制硅负极的体积膨胀，明显提高了硅氧负极的倍率性能和循环性能及稳定性；亲水性好，可以有效避免浆料沉降；提高了极片空气干燥过程中对水滴的抗御能力，提升了极片的烘干速率，增加了极片的耐湿性，延长了锂离子电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及负极粘结剂技术领域，涉及一种负极粘结剂及其制备方法和用途，尤其涉及一种锂离子电池负极粘结剂及其制备方法和用途。

背景技术

作为电池的重要组成部分，目前商业化的锂离子电池主要使用石墨类碳基负极材料，但是其理论比容量值仅为372mAh/g，远远无法满足电动汽车对高比容量电池的需求。在众多非碳基负极备选材料中，硅以其最高理论比容量值(4200mAh/g)得到了产学界的极大关注。虽然硅的理论储锂容量是石墨的11倍，但是在实际的充放电过程中，平均每个硅原子将结合4.4个锂原子，使得硅负极的体积变化达到300％以上，如此剧烈的体积收缩和膨胀所产生的机械作用力会使得活性材料硅从集流体上脱落而失去电接触，并且导致硅的机械粉化，最终造成比容量值迅速下降。

粘结剂作为锂离子电池的重要组成，主要作用是将电极活性物质和导电剂粘附在集流体上，其性能的优劣也将直接影响电池的电化学性能。粘结剂在硅负极中发挥的作用是极其关键的，粘结剂最主要的作用就是提供强粘结力以保持电极结构的完整性，保证锂离子电池的循环充放电的正常进行。大多数的研究中所涉及到的粘结剂主要是两种：PVDF(聚偏二氟乙烯)和CMC(羧甲基纤维素)。

CN107863497A公开了一种锂离子电池硅负极材料，包括硅基负极活性材料、石墨负极活性材料、导电剂和粘结剂，其中，导电剂由导电剂A和导电剂B组成，导电剂A为点状导电剂或面状导电剂，导电剂B为长径比＞120的导电材料；粘结剂由粘结剂A和粘结剂B组成，粘结剂A为羟甲基纤维素盐，粘结剂B为分子结构中含有羧基官能团的粘结剂。该发明提供的锂离子电池硅基负极片，能够有效地改善硅基电极的循环膨胀问题，保证该硅基负极极片所应用的锂离子电池循环寿命长，综合性能好。

但是，传统粘结剂在硅基材料中的缺点：硅基材料的粘结剂是影响电极首次充放电效率和后续循环稳定性的关键因素之一，粘结力弱的粘结剂无法保持硅活性材料之间的电接触活性，会导致电极首效偏低和后续比容量衰减，影响高能量密度电池性能的实现。

1、传统粘结剂中，PVDF刚性较大，通过较弱的范德华力与硅粒子结合，难以维持硅基负极长久循环下的体积变化，循环过程中容量衰减较快；

2、以CMC为粘结剂的硅负极中，CMC的羧基基团(-COOH)和硅复合物表面的烃基基团(-OH)产生脱水反应，形成了较强的共价连接，增强了电极结构的完整性，但是CMC刚性大、断裂伸长率低(5％-8％)，刚性聚合物粘结剂不能完全消除应力，因此在重复的循环过程中往往会产生裂缝，导致电池容量衰减明显；

3、以CMC为粘结剂的硅负极在涂布烘干过程中，容易造成极片开裂，为了改善开裂，涂布过程中会加入NMP等有机溶剂，有机溶剂的残留会与电解液发生反应从而对电池的性能产生一定的影响；