[发明专利]一种粘结剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种粘结剂及其制备方法与应用，所述粘结剂包括聚醇类化合物接枝的四唑功能化的聚烯腈类化合物；本发明所述粘结剂与硅之间具备很强的相互作用力，能为硅基材料体积膨胀变化提供缓冲空间，在作为硅基负极用粘结剂时能够较好的发挥作用，提高硅基负极的循环稳定性、可逆容量及倍率性能，同时还具备较好的柔韧性、离子导电性以及自愈能力，能够促进离子和电子的传输以及稳定SEI膜的形成，因此，本发明所述粘结剂能够使电池具有优异的循环等电化学性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种粘结剂及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池作为一种已经商业化的新型能源设备，由于其能量密度高，循环寿命相对较长，已引起了泛关注。锂离子电池负极由活性物质、导电剂、粘结剂和铜箔组成，其中活性物质是影响锂离子电池性能的主要组件之一，目前，锂离子电池的负极材料还是以石墨为主，但是传统石墨的容量无法满足更大能量密度的需求。由于硅元素普遍存在于硅酸盐和二氧化硅中，在地球上储量非常丰富，理论比容量高达4200mA·h/g，是传统石墨负极材料的10倍，并且具备较低的工作电压，硅基材料被认为是最有希望代替石墨的负极材料之一。

但是硅的电导率较低，适当增加导电剂可提高电极导电性却会降低活性物质的占比，但是容易发生脱落锂造成导电通路断开的问题，从而导致电极的容量快速衰减，使用寿命降低；同时，硅基材料在锂离子电池充放电过程中会发生巨大的体积膨胀，膨胀率达到300％-400％，因此，电池在多次循环后，硅材料会发生破裂粉化，造成固体电解质界面层不稳定，活性物质与集电极脱离，导致锂离子电池的容量快速衰减，使用寿命降低；为了缓解因体积膨胀造成的活性材料的粉化，寻找合适粘结剂提高电池寿命和稳定性具有重要意义。目前已经商业化的粘结剂包括PVDF(聚偏氟乙烯)、SBR(丁苯橡胶)、CMC(羧甲基纤维素钠)和PAA(聚丙烯酸)等，但这些粘结剂功能较为单一、电池容量小且不具有自愈合性，不能满足市场发展需求。

目前，现有技术中为了解决上述问题，对粘结剂的改性主要集中在聚合物粘结剂的结构上，一方面，通过对分子链的结构设计，使其形成交联网状结构或特殊的空间结构等；另一方面，通过引入氢键、共价键或配位键等作用力或特殊的官能团使其具有自愈合功能；如专利CN 105330751A公开了一种羧甲基纤维素锂粘结剂，该粘结剂较粘稠，可防止浆料沉淀，粘结性良好，但弹性较低；再如专利CN 107834072A公开了一种锂离子电池硅基负极聚碳酸脂粘结剂，该粘结剂电化学稳定性好，粘结力强，但弹性较低，且在负极浆料中不稳定，且分散不均匀，导致导离子性差。

基于以上研究，需要提供一种粘结剂，所述粘结剂在锂离子脱嵌过程中，既能抑制硅体积膨胀造成的颗粒粉碎和解决电极完整性遭到破坏的问题，又能增加粘结剂的柔韧性及离子导电性，从而有效提高锂离子电池的能量密度、循环性能及使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粘结剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种硅基负极用粘结剂及其制备方法与应用，所述粘结剂能够抑制由Si体积变化导致的颗粒粉碎，以及电极完整性的破坏，同时具备高导电性，增强了活性内部粒子和粒子到电极的电接触，提高了硅基负极材料的库伦效率，进而提高了电池的能量密度和硅基负极循环过程中的比容量，延长了锂离子硅基负极电池的使用寿命，提高了电极的循环稳定性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种粘结剂，所述粘结剂包括聚醇类化合物接枝的四唑功能化的聚烯腈类化合物。