[发明专利]一种硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂及其制备方法

说明书

一种硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂及其制备方法，按质量份数计，将5～13份的聚丙烯酸、20～50份的水以及1～5份的含有三羟基结构的多元醇加入到反应容器中，搅拌均匀后升温至65～80℃，加入0.01～0.1份的引发剂，保温反应60～180min后加入50～60份的水，然后在20～50℃下搅拌180～360min即可。本发明中多羟基的结构和聚丙烯酸链上的羧基通过氢键作用，产生网状交联，不仅提高了聚丙烯酸粘结剂的加工性能，而且使得本发明制备的粘结剂在硅负极使用时，提高极片剥离强度，网络体系将活性物质牢牢裹住，缓解锂离子电池充放电过程中的体积效应，提高寿命，延长循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池在混合动力电动汽车和纯电动汽车中的逐渐应用，人们越来越关注其续航里程，对高能量密度的锂离子电池需求刚增。目前商业化的石墨类负极材料理论比容量只有372mAh/g，改性空间已到瓶颈，无法达到市场要求。新的硅(Si)基负极材料理论比容量4200mAh/g，其比容量高、脱嵌锂平台适宜，是一种理想的锂离子电池高容量负极材料。但是在充放电过程中，Si的体积变化达到300％以上，剧烈的体积变化所产生的内应力容易导致电极粉化、剥落，影响循环稳定性。

为了解决这一问题，新型的高效粘结剂逐渐成为人们的研究热点。聚丙烯酸(PAA)分子结构上含有数目较多的羧基(-COOH)，可以和硅颗粒表面的氧化层羟基(-OH)形成共价键，其作为硅基粘结剂已有很多热门的研究。但线型的PAA分子链刚性较强，制浆涂布后极片加工性能较差。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂及其制备方法，以提高极片剥离强度，提高电池循环寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂的制备方法，按质量份数计，将5～13份的丙烯酸、20～50份的水以及1～5份的含有三羟基结构的多元醇加入到反应容器中，搅拌30～120min后，升温至65～80℃，然后加入0.01～0.1份的引发剂，在65～80℃下保温反应30～180min后加入30～60份的水，然后在20～50℃下搅拌180～360min，得到硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂。

本发明进一步的改进在于，含有三羟基结构多元醇的结构式为：

其中，R₁为烷基；R₂、R₃、R₄为烷基、烷氧基或环烷烃基。

本发明进一步的改进在于，R₁为C1～C4的直链或者支链的烷基，R₂、R₃、R₄为C1～C5的直链或者支链的烷基、C1～C5的直链或者支链的烷氧基或C1～C5的环烷烃基。

本发明进一步的改进在于，含有三羟基结构的多元醇的M_w＝1000～3000。

本发明进一步的改进在于，引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵与偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐中的一种。

一种根据上述方法制备的硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂，硅基负极三维网状聚丙烯酸粘结剂的剥离强度为15.5-25.1N/m。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：