[发明专利]一种锂电池自愈合聚合物粘接剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂电池自愈合聚合物粘接剂的制备方法，取聚丙烯酸粉末溶解在2‑（N‑吗啡啉）乙磺酸缓冲溶液中，搅拌均匀，继续加入碳二亚胺盐酸和N‑羟基琥珀酰亚胺，混合溶液在30‑40℃环境下预热10‑15min，加入2‑氨基‑4羟基‑6‑甲基嘧啶后，搅拌条件下室温反应16～24h，将反应液转移至透析袋中，透析提纯产物，冷冻干燥后得到粘结剂。本发明还公开其在锂电池负极材料体系和正极材料体系的应用。本发明通过在粘结剂基材聚丙烯酸上引入多重氢键，通过多重氢键体系构筑自愈合网络实现极片的自愈合，在外界压力刺激促进氢键的断裂与形成来实现电池极片的修复。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，涉及一种锂电池自愈合聚合物粘接剂的制备方法，以及其用于锂电池的正负极粘接。

背景技术

锂电池在循环过程中，正、负极活性物质在锂离子多次嵌入和脱出过程中会发生体积膨胀，进而引发一系列其他问题，比如电极导电网络的破坏和粒子的粉碎，导致电池容量的快速衰减和电池寿命的大大缩短。

粘结剂作为正、负极中必不可少的非电化学活性组分之一，在保持电极活性材料之间的连接和与集流体之间的连接方面起着重要的作用。

锂电池自愈合聚合物粘接剂在受到破坏后，依靠自身或者外界刺激下即可完成自愈合过程，其主要特征是能够进行多次自愈合行为，延长电极材料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种锂电池自愈合聚合物粘接剂的制备方法，采用该方法制备得到的粘结剂的，在极片出现裂纹后可通过粘结剂氢键的断裂、形成来实现电池极片的修复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂电池自愈合聚合物粘接剂的制备方法，合成步骤如下：

（1）取2g～3g的聚丙烯酸粉末溶解于2-（N-吗啡啉）乙磺酸（简称MES）缓冲溶液中（pH为5.5～6.0），搅拌均匀；

（2）继续加入质量为0.42～0.5g的碳二亚胺盐酸和0.2～0.3g的 N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌均匀；

（3）混合溶液在30～40℃环境下预热10～12min；

（4）加入0.4～0.6g 的2-氨基-4羟基-6-甲基嘧啶，搅拌条件下室温反应 16～24h；

（5）用透析袋提纯产物，冷冻干燥后得到粘结剂。

进一步，所述步骤（1）中聚丙烯酸的分子质量为1000～10000 g/mol。

进一步，所述步骤（5）中透析袋的截留分子量为10～20 KDa。

本发明的目的之二是提供上述自愈合聚合物粘接剂用于锂电池负极材料体系，所述的负极材料体系为石墨（C）、钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）、铌钛氧化物（TiNb₂O₇）、硅（Si）、硅碳复合材料的一种或多种混合物。

本发明的目的之三是提供上述自愈合聚合物粘接剂用于锂电池正极材料体系，所述的正极材料体系为钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、镍锰酸锂（LiMn_1.5Ni_0.5O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）、磷酸钒锂（Li₃V₂(PO₄)₃）镍钴锰酸锂（LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂）、镍钴铝酸锂（LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂）、富锂锰酸锂（x Li₂MnO₃·(1-x) LiMO₂）的一种或多种混合物。