[发明专利]一种硅基负极用粘结剂及含有该粘结剂的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种硅基负极用粘结剂及含有该粘结剂的锂离子电池，属于锂离子电池技术领域，具体属于锂离子电池用粘结剂领域。本发明使用的硅基负极用粘结剂是一种水溶性嵌段共聚物与苯乙烯‑丁二烯类共聚物的组合，所述水溶性嵌段共聚物中含有低玻璃化温度聚合物的单体形成的重复单元和高玻璃化温度聚合物的单体形成的重复单元，前者提供柔性，后者提供韧性(刚性)，再结合小粒径SBR乳液，实现对负极活性物质的充分包覆，利用“软硬兼施”的原理可以显著抑制锂离子电池的膨胀率，延长锂离子电池的循环寿命。同时所述含有该粘结剂的锂离子电池的倍率性能、低温性能也得到较明显的改进。

技术领域

本发明涉及一种硅基负极用粘结剂及含有该粘结剂的锂离子电池，属于锂离子电池技术领域，具体属于锂离子电池用粘结剂领域。

背景技术

锂离子电池中的粘结剂，既起到活性物质之间的粘结作用，又可以用于活性物质层与极片基材之间的粘结，在电池的制造和性能方面起重要作用，是电池的重要组分之一。

所述粘结剂一般选自聚合物，目前使用最多的粘结剂有聚偏氟乙烯(PVDF)和苯乙烯与丁二烯的共聚物(SBR)。而硅基负极用粘结剂则多采用玻璃化温度较高的水溶性聚合物，这主要是因为这类水溶性聚合物能在一定程度上抑制硅基负极的膨胀，但由于该类聚合物一般都刚性较强，无弹性，加工性能不好，在硅基负极膨胀后会造成不可逆恢复，导致电池的循环寿命依然有限。尽管搭配一般的SBR乳液(粒径150-200nm左右)有一定改善，但SBR乳液粒子对极片的作用仅为点接触，未能充分包覆极片。综上，急需开发抑制硅基负极膨胀的高性能粘结剂。

发明内容

为了改善现有技术的不足，特别是现有技术中粘结剂抑制锂离子电池膨胀效果差的问题，本发明提供了一种硅基负极用粘结剂及含有该粘结剂的锂离子电池，具体地，本发明提供如下技术方案：

一种水溶性嵌段共聚物，所述水溶性嵌段共聚物的结构式如式(1)或式(2)所示：

R-(A)_n1-b-(B)_n2-b-(A)_n3-X 式(1)

R-(B)_n1’-b-(A)_n2’-b-(B)_n3’-X 式(2)

其中，重复单元A来自能形成高玻璃化温度聚合物的单体，重复单元B来自能形成低玻璃化温度聚合物的单体；n1、n2、n3、n1’、n2’和n3’为对应的单体形成的重复单元的重复单元数；X为含有双硫代酯基团的封端基团；R为能形成活泼自由基的基团；b表示嵌段形式连接。

根据本发明，n1、n2、n3、n1’、n2’和n3’相同或不同，各自独立地为30～5000之间的整数。

根据本发明，

在式(1)中，n2/(n1+n2+n3)＝50～90％；(n1+n3)/(n1+n2+n3)＝10～50％。

在式(2)中，n2’/(n1’+n2’+n3’)＝10～50％；(n1’+n3’)/(n1’+n2’+n3’)＝50～90％。

根据本发明，所述含有双硫代酯基团的封端基团的结构式为Z-C(＝S)-S-*，其中，*是连接键，Z是可以活化C＝S键与自由基加成反应的基团，例如，Z选自C₄-C₁₂的烷基(如丁基)、C₆-C₁₂的芳基(如苯基)。

根据本发明，R选自异丙苯基、氰异丙苯基、异丙酸基、乙酸基、2-胺基乙酸基或2-腈基乙酸基。

根据本发明，所述能形成低玻璃化温度聚合物的单体选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和低聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯中的至少一种。