[发明专利]端硅氧烷基聚合物粘合剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及端硅氧烷基聚合物粘合剂及其制备方法和应用，先将聚氨酯溶液与硅烷偶联剂混合，在60℃～80℃反应5～8小时，反应结束后得到端硅氧烷基聚合物粘合剂；或者先将聚酰亚胺溶液与硅烷偶联剂混合反应5～8小时，得到端硅氧烷基聚合物粘合剂。本发明通过硅烷偶联剂和聚合物的交联反应制备一系列粘合剂，把有机组分和无机组分结合在一起，得到一种新型的有机‑无机杂化的聚合物粘合剂，结合了有机物和无机物的力学性能优点，具有优异的机械性能，能有效承受硅等活性材料因体积膨胀而产生的应力。应用于二次电池中，提高了活性材料和粘合剂的结合力，能有效地维持电极结构的完整性，改善电极的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及端硅氧烷基聚合物粘合剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着信息技术的迅猛发展，二次电池特别是锂离子电池已基本占据智能手机，笔记本电脑，平板等便携式电子产品的市场，更有望成为日益增长的电动车和混合动力车的动力来源，具有重要的商业价值。同时近来新兴的二次电池体系——钠离子电池和钾离子电池由于其资源丰富和成本低廉也极具潜力。尽管如此，现有的二次电池体系仍然存在很多问题和缺陷，为实现其在电动汽车、储能设备等新型高功率系统中的应用，必须进一步提高其能量密度、循环寿命和安全等方面的性能。

粘合剂是二次电池电极材料中不可或缺的非活性组分，其最主要的作用是将电极活性材料和导电添加剂粘附在集流体上，维持电极在充放电过程中的结构稳定，其性能的优劣直接影响电池的电化学性能。特别是对硅、锡、锗和磷等高容量的活性材料来说，具有足够弹性的粘合剂可以防止它们因为自身在充放电过程中的体积膨胀与收缩而脱落，维持电极结构的稳定，提高电池的循环稳定性。通过调控粘合剂的结构，很容易提升粘合剂的性能，所以从粘合剂的角度提升二次电池的性能是一种简单、低成本的有效方法。

常用的粘合剂主要是聚偏氟乙烯(PVDF)。PVDF应用在体积变化小的活性材料中能有效地将活性材料粘附在集流体上，但作为大体积变化的活性材料的粘合剂时容易发生塑性变形，从而使活性材料脱落。此外，PVDF还存在以下缺点：1.PVDF对离子及电子的绝缘特性会增加二次电池的内阻，也影响电池性能的发挥。2.在电解液中有一定的溶胀，且会与金属锂、Li_XC₆在较高温度下发生放热反应，安全性能较差。3.PVDF吸水后分子量下降，粘性变差，因此对环境的湿度要求比较高。4.PVDF杨氏模量相对较高，在1～4GPa之间，极片的柔韧性不够好。5.PVDF只能靠范德华力与活性材料结合，粘合力弱。6.相比于其它聚合物，结晶度较高，与活性材料与集流体之间的结合点少。7.同时粘合剂PVDF价格都比较高，采用PVDF作粘合剂的极片涂布工艺要求严格密封，使得能耗大，回收费用大，生产成本高。

为此，研究者开发出很多新型粘合剂。目前比较常用的粘合剂如羧甲基纤维素钠，聚丙烯酸等，但是这些粘合剂都是线性链结构，粘合力和机械强度有限，不能承受活性材料巨大体积变化产生的机械应力，导致容量迅速降低。中国专利(公开号：CN105261759A)公开了一种锂离子电池用粘合剂，具体是以聚乙烯醇作为乳化剂，在引发剂的作用下苯乙烯和丙烯酸酯类单体聚合形成粘合剂，但是该粘合剂的粘度较低，而且聚苯乙烯的力学性能差，脆性大，强度低，容易产生开裂。另外，该粘合剂含有较多的乳化剂，在一定程度对电池性能不利。所以开发一种具有优良力学性能和高的粘结强度的粘合剂对二次电池的性能具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种端硅氧烷基聚合物粘合剂及其制备方法和应用，所制得的粘合剂能够提高和活性材料之间的结合力，能有效地维持电极结构的完整性改善电极的循环稳定性和倍率性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

先将聚氨酯溶液与硅烷偶联剂混合，在60℃～80℃反应5～8小时，反应结束后得到端硅氧烷基聚合物粘合剂；

或者先将聚酰亚胺溶液与硅烷偶联剂混合反应5～8小时，得到端硅氧烷基聚合物粘合剂。