[发明专利]一种锂离子电池硅负极用粘结剂及锂离子电池硅负极

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅负极用粘结剂及锂离子电池硅负极，所述粘结剂是由单体二酐与磺酸型二胺缩聚得到。本发明提出的这种锂离子电池硅负极用粘结剂及锂离子电池硅负极，所述粘结剂能够有效增强活性材料、导电剂和集流体之间的粘合，从而有效改善锂离子电池硅负极的循环稳定性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池硅负极用粘结剂及锂离子电池硅负极。

背景技术

锂离子电池的性能极大地依赖于其中的正/负极活性材料，为满足各领域对高能量、高功率锂离子电池的要求，研究人员已经投入了大量的精力来研究高理论容量的负极，包括硅、锗和锡等。其中硅材料成本低廉，储量丰富。不仅如此，作为负极材料使用时，硅负极材料的理论比容量也在各负极材料中拔得头筹，硅负极完全嵌锂时可理论容量高达4200mAh/g，高出传统石墨负极一个数量级，并且硅负极的嵌锂/脱锂电位相对较低(～0.4Vvs.Li/Li⁺)。

但是，在实际使用中，硅负极在嵌脱锂过程中会产生剧烈的体积变化，在这种反复的体积变化后，由于内在应力的作用，硅活性材料会粉化，与电极中的导电剂和集流体分离，失去电接触后就会导致活性材料失活，材料的循环稳定性不高，电池寿命较短。

为了解决硅负极实际使用过程中体积膨胀的问题，一种改进方式是对粘结剂进行改进。这是因为高粘结强度的粘结剂能够承受硅负极的这种体积膨胀，并能够保持活性材料、导电剂和集电体之间的接触，从而最大限度地减小容量衰减，提高循环寿命。但是到目前为止，大多数粘结剂容量特性与循环特性上并不能做到兼容。

发明内容

本发明提出了一种锂离子电池硅负极用粘结剂及锂离子电池硅负极，所述粘结剂能够有效增强活性材料、导电剂和集流体之间的粘合，从而有效改善锂离子电池硅负极的循环稳定性能和倍率性能。

本发明提出的一种锂离子电池硅负极用粘结剂，所述粘结剂是由单体二酐与磺酸型二胺缩聚得到；

其中，所述磺酸型二胺具有如下结构通式：

R为H、CH₃、OCH₃或CF₃中的至少一种。

优选地，所述二酐为3，3'，4，4'-二苯醚四甲酸二酐、3，3'，4，4'-联苯四甲酸二酐、3，3'，4，4'-二苯甲酮四甲酸二酐或1，2，4，5-环己烷四甲酸二酐中的至少一种。

优选地，所述单体还包括芳香族二胺，芳香族二胺优选为4，4'-二氨基二苯醚、4，4'-二氨基二苯基甲烷、4，4'-二氨基二苯砜、4，4'-二氨基二苯硫醚或4，4'-二氨基二苯甲酮中的至少一种。

优选地，所述芳香族二胺的用量是磺酸盐型二胺摩尔量的50-100％。

优选地，所述磺酸型二胺单体是参照下述合成路线合成得到：

优选地，所述粘结剂具体是采用下述方法制备得到：

将二酐与磺酸型二胺加入有机溶剂中进行缩聚反应，得到聚酰胺酸后，即为所述粘结剂；

优选地，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或间甲酚中的至少一种。

本发明还提出一种锂离子电池硅负极，所述硅负极包括：硅活性材料、导电剂和上述粘结剂。

优选地，所述硅活性材料、导电剂和粘结剂的重量比为6-10:1-3:1-3。

优选地，所述硅负极具体是采用下述方法制备得到：

(1)将硅活性材料、导电剂和粘结剂混合，得到浆料；