[发明专利]用于锂离子电池干法电极粘结剂的制备方法及其粘结剂

说明书

一种用于锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法及其粘结剂，该制备方法为：将氟乙烯单体、丙烯酸单体或磺酸基全氟乙烯基醚单体溶解到有机溶剂中形成混合溶液，在氮气保护氛围中搅拌充分反应；制备得到的共聚物用过量甲醇沉淀、过滤并用蒸馏水彻底清洗，去除残留的溶剂、单体和均聚物；经过完全干燥即得到氟乙烯‑丙烯酸‑磺酸基氟乙烯嵌段共聚物。本方法通过在分子链中嵌入丙烯酸分子实现与硅负极的化学键结合，有效地增强了粘结剂与电极的粘结力，同时加入磺酸基全氟乙烯基醚，利用其聚合物导电性能可以与活性物质间能形成良好的导电网络，进一步提升电极的电子和离子导电率，因而实现粘结剂综合性能的提升。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种用于锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法。

背景技术

随着全球能源短缺和环境保护意识提高，发展新能源成为当前重要发展方向，锂离子电池凭借其高工作电压、无记忆效应、自放电小和循环寿命长等优点，成为能源行业的热点，被广泛应用于便携式电子设备、电动车辆和混合动力电动车辆等热门行业。在锂离子电池负极材料的研究中,硅材料以其极高的理论比容量、锂化/去锂化过程极低电化学电势、高安全性与环境友好性而受到极大关注。然而在充放电过程中,硅负极材料会有大程度体积膨胀,导致快速的容量衰减和较短的循环寿命。要解决硅负极在充放电过程中的体积膨胀对电极结构的破坏，开发新型粘结剂是其中最有效、最具潜力的方法。

粘结剂的主要作用是将活性物质、导电剂和集流体粘结在一起,保证电极的完整性。不同粘结剂对电极的初始比容量、库伦效率和电化学循环稳定性的影响有较大差异。传统商用粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)由于成本高、与活性物质的粘结力差等缺点已不能满足开发高比容量电极的要求。而低成本且环保的羧甲基纤维素钠(CMC)尽管可以显著提高粘结性能和电极的初始库伦效率,但是该粘结剂的柔性差,不能承受高比容量活性物质的体积膨胀。因此急需开发一种能够保持活性物质、导电添加剂和集流体间的接触完整性,减少大容量负极在充放电循环过程中体积变化引起的裂化和粉碎，提升电池循环性能的新型高效粘结剂。

发明内容

本发明针对现有技术的局限，提供了一种用于锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法。本方案在氟乙烯分子链中增加具有丰富的羧酸基团丙烯酸从而与硅颗粒形成化学键增强电极的稳定性，同时利用磺酸基全氟乙烯基醚聚合产物提高粘结剂的导电性，制备出粘结力、导电性、稳定性均良好的锂电池粘结剂。

本发明技术方案如下：

本发明提供一种用于锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法，该制备方法为：将氟乙烯单体、丙烯酸单体和磺酸基全氟乙烯基醚单体按预定比例溶解在有机溶剂中形成混合溶液，在氮气保护氛围中搅拌充分反应；制备得到的共聚物用过量甲醇沉淀、过滤并用蒸馏水彻底清洗，去除残留的溶剂、单体和均聚物；经过完全干燥即得到氟乙烯基嵌段共聚物。

在一个实施方案中，本发明所述的锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法，所述氟乙烯基单体选自单氟乙烯、偏二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯的其中一种或多种。

在一个实施方案中，本发明所述的锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法，所述有机溶剂为丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

在一个实施方案中，本发明所述的锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法，所述氟乙烯单体、丙烯酸与磺酸基全氟乙烯基醚单体质量比为1:a:b，其中a与b取值范围均为0.2~5。

在一个实施方案中，本发明所述的锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法，所述的在氮气保护氛围中搅拌充分反应，反应体系的温度应保持在60-120摄氏度，反应时间为10-12小时。

在一个实施方案中，本发明所述的锂离子电池干法电极的粘结剂的制备方法，所述氟乙烯单体、丙烯酸单体和磺酸基全氟乙烯基醚单体溶解在有机溶剂中形成混合溶液，其中，所述氟乙烯单体、丙烯酸单体和磺酸基全氟乙烯基醚单体在混合溶液中重量百分比为1%-60%。