[发明专利]一种硅基负极粘结剂、其制备方法及在锂离子电池中的应用

说明书

本发明涉及一种硅基负极粘结剂、其制备方法及在锂离子电池中的应用。所述硅基负极粘结剂的制备方法包括：制备改性铜丝；然后利用改性铜丝制备得到第一端基功能化聚合物；利用改性铜丝制备第二端基功能化聚合物；利用第一端基功能化聚合物和第二端基功能化聚合物制备两嵌段共聚物；利用两嵌段共聚物制备两亲性嵌段共聚物；制备乳液材料；最后利用两亲性嵌段共聚物和乳液材料制备硅基负极粘结剂。本发明所述方法制备的粘合剂具有一定程度的补锂作用；而且制备过程可以通过结构设计，优化配比来达到精准合成；且具有低添加量，可有效抑制硅基负极膨胀，提升硅基负极的循环性能等优点。

技术领域

本发明属于电池制备技术领域，具体涉及一种硅基负极粘结剂、其制备方法及在锂离子电池中的应用。

背景技术

动力电池已然成为新能源汽车关键零部件，成本占比可高达40％以上，与传统燃油车相比，电动车更加环保，也得到国家的大力支持，当前，长续航，高安全动力电池逐渐成为市场主流，由于硅材料的理论克容量高达4200mAh/g，实际使用的克容量也可大1000mAh/g以上，因此当动力电池单体能量密度高于300Wh/kg时，就需要用到硅基负极。

但是硅基负极有一定的缺陷，硅基负极再充放电循环过程中，体积不断膨胀，最高可膨胀至300％，造成负极活性物质破裂分化，与电解液接触，SEI不断的破碎重构，消耗大量电解液，阻抗变大，循环性能不断裂化，最终导致电池失效。为了解决上述问题，可通过粘结剂匹配抑制了硅负极的体积膨胀，但当前硅基使用的粘结剂添加量较大，严重影响了负极活性物质负载量，同时也会使得导电性和快充性能下降。

CN107959027A公开了一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法。所述粘结剂由以下方法制备得到：将氧化石墨超声分散于水中，得到浓度0.5～5mg/mL的氧化石墨烯(GO)的水分散液，再加入改性SBR粘结剂，GO与改性SBR粘结剂的质量比为1:10～1:50，搅拌后即得到锂离子电池硅基负极粘结剂(GO/改性SBR)。但是所述硅基负极粘结剂成本较高，且对于锂离子电池的电化学性能提升效果较差。

CN109935832A公开了一种锂离子电池硅基负极粘结剂及使用该粘结剂的负极片制备方法。所述锂离子电池硅基负极粘结剂，包括主粘结剂及辅助粘结剂，主粘结剂为海藻酸钠，辅助粘结剂包括羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的至少一种明胶。所述锂离子电池硅基负极粘结剂的制备过程包括：将硅基负极材料、导电剂、上述硅基负极粘结剂和去离子水混合组成负极活性材料，搅拌得到混合均匀的负极浆料，调整负极浆料的粘度，将得到的负极浆料涂覆在金属铜箔表面，干燥得到负极片。但是所述硅基负极粘结剂对于锂离子电池的电化学性能提升效果较差。

因此，本领域需要开发一种新型硅基负极粘结剂，所述粘结剂具有低添加量，可有效抑制硅基负极膨胀，且提升硅基负极的循环性能等优势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硅基负极粘结剂、其制备方法及在锂离子电池中的应用。本发明所述粘结剂为水溶性粘结剂，具有低添加量，可有效抑制硅基负极膨胀，提升硅基负极的循环性能等优点；且制备过程可以通过结构设计，优化配比来达到精准合成。

本发明的目的之一在于提供一种硅基负极粘结剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将铜丝与酸混合，得到改性铜丝；

(2)将所述改性铜丝、第一单体、反应配体、第一功能性引发剂和第一溶剂混合，进行第一聚合反应，得到第一端基功能化聚合物；

(3)将所述改性铜丝、第二单体、反应配体、第二功能性引发剂和第一溶剂混合，进行第二聚合反应，得到第二端基功能化聚合物；

(4)将所述第一端基功能化聚合物、第二端基功能化聚合物和第二溶剂混合，热处理，得到两嵌段共聚物；

(5)将所述两嵌段共聚物、氟代有机酸和第三溶剂混合反应，得到两亲性嵌段共聚物；