[发明专利]一种粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种粘结剂及其制备方法和应用。所述粘结剂的制备原料包括聚乙烯醇和多官能团磺酸；所述聚乙烯醇和多官能团磺酸的质量比为20:(1～6)。所述制备方法包括如下步骤：(1)将多官能团磺酸与溶剂混合，得到多官能团磺酸溶液；将聚乙烯醇与溶剂混合，得到聚乙烯醇溶液；(2)将步骤(1)得到的聚乙烯醇溶液和多官能团磺酸溶液混合，进行交联反应，得到所述粘结剂。本发明提供的粘结剂具有较好的韧性和较好的电学性能，适用于硅负极锂离子电池的制备。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会需要有效的能量存储系统，锂离子电池是目前最受关注的能量存储装置之一，主要应用于电动汽车、智能手机和平板电脑等领域。电极材料的性能是决定锂离子电池性能的关键，其中，粘结剂用于粘合导电剂颗粒和活性物质，并把它们粘结在金属集流体表面，粘结剂性能与电池的循环性能密切相关。若粘结剂的性能不好，则易引起电极在电化学循环过程中粉化，导致电极材料从集流体表面脱落，从而失去电化学储能性能，所以高性能粘结剂的开发是高锂离子电池性能的重要方面。

CN110336037A公开了一种用于锂离子电池负极材料的水系粘结剂及其制备方法。所述水系粘结剂包括以下体积比的各组分：体积比为25:5:2～5的聚乙烯醇溶液、聚多巴胺溶液和PEDOT:PSS水溶液；所述制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇溶液、聚多巴胺溶液、PEDOT:PSS水溶液按比例混合均匀，得到所述水系粘结剂。该技术方案提供的粘结剂虽然具有较好的粘结性，但是其韧性较差。

CN109273717A公开了一种锂离子电池硅基负极改性粘结剂及含有该粘结剂电池的制备方法。所述负极改性粘结剂按重量百分比计包含以下成分：粘结剂15～35％、石墨烯量子点GQDs 5～20％、去离子水50～70％；由以上成分组成的混合溶液的pH值为4.5～8.5，混合溶液粘度为5～55mPa·S；其制备步骤为：先将石墨烯量子点GQDs分散于去离子水中，室温搅拌1～4h，使其完全溶解均匀，记为溶液A；将去离子水加入分散锅中，加热至60～90℃，在搅拌下加入粘结剂，待其分散均匀后，将A溶液加入，继续搅拌4h，再降温至室温，得到所述的负极改性粘结剂；所述粘结剂选自丁苯橡胶SBR、聚丙烯酸PAA、聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺PI、聚乙烯醇PVA、聚丙烯腈PAN中的一种或任意几种的混合。该技术方案制备得到的负极改性粘结剂虽然具有较好的弹性和溶胀性能，但是韧性较差，由此制备得到的锂离子电池电学性能较差。

CN101393985A公开了一种电池负极材料、制备方法以及使用该负极材料制作的电池。所述电池负极材料包含碳质负极活性材料、导电剂、增稠剂、粘结剂和溶剂，各成分之间的重量份数比例为碳质负极活性材料：导电剂：增稠剂：粘结剂：溶剂＝110～140:1～10:1～10:1～10:80～200，其中的碳质负极活性材料是天然石墨与人造石墨按10:1～4组成的混合物；所述粘结剂是PTFE、HPMC、SBR、PVA或PEO。该技术方案中粘结剂的韧性较差。

聚乙烯醇(PVA)因其具有生物可降解，良好生物相容性，耐酸耐碱的特性和化学稳定性等优点而被作为硅负极材料粘结剂。同时相对于传统的粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠、瓜尔胶(GG)等材料，PVA价格更低，工业生产技术也更成熟，能显著降低锂离子电池的生产成本。此外PVA含有大量的羟基与硅表面的官能团有很好的亲和性，能有效粘结硅与导电剂，保持电极的导电性。但是研究发现使用聚乙烯醇作为粘结剂时，其在电极烘干后，韧性较差，不能很好的满足硅颗粒体积膨胀的要求。

而随着科学技术的发展，硅负极材料因其较高的理论比容量(4200mAh/g)而被认为是新一代有前景的锂离子电池负极材料之一，但是硅负极材料也存在一些问题：一方面硅在脱嵌锂过程中会面临着较大的体积膨胀(约300％)，导致电极材料出现粉化脱落，与集流体失去电接触，使电池阻抗显著升高，容量迅速衰减；另一方面由于体积膨胀也会发生固体电解质界面膜(SEI)的破坏与重排，大量的活性锂损失，导致电池很快失效，以上制约了硅材料在锂离子电池产业中的进一步发展。