[发明专利]一种锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池及其制备方法，所述锂离子电池包括负极和正极，负极包括集流体以及涂覆在集流体上的活性物质层；活性物质层的组成包括硅基负极材料、导电剂和复合粘结剂；复合粘结剂包括黄原胶和nafion。本发明中，黄原胶的加入大大增强了极片的稳定性，在承受硅基负极材料充放电过程中体积变化方面起到重要作用，明显提高了硅基负极材料循环性能，有效延长了电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

硅的嵌锂理论容量高达4200mAh/g，是目前研究非常热的锂离子电池负极材料。但是，硅基负极材料在充放电过程中，体积变化巨大(～300％)，导致电极材料粉化、团聚、活性材料表面形成的SEI膜重复破坏和生长，导致容量损失，循环性能变差，严重制约了其快速发展与应用。

如何克服硅基负极材料存在的问题，减小体积膨胀，提高其容量保持率和循环稳定性是目前研发的重要方向。目前主要解决途径包括硅基负极材料的纳米化和复合化，能够对体积变化效应起到一定的缓冲和保护作用。

另一方面，合适的粘结剂在承受硅基负极材料的体积收缩变化过程中也扮演着重要的角色。粘结剂是锂离子电池正负极的重要组成部分，其主要作用是结合活性物质、导电剂和集流体，稳定极片结构，以缓冲电池充放电过程中的体积变化，维持电极结构完整，确保电极材料能够可重复的脱嵌锂。粘结剂失效会导致电极不同组分之间失去导电连接，部分活性物质颗粒被绝缘，无法参与充放电，导致电池电化学性能下降。因此，选择一款合适的粘结剂至关重要。在非专利文献(Sunghun Choi,Tae-woo Kwon,Ali Coskun and JangWook Choi.Highly elastic binders integrating polyrotaxanes for siliconmicroparticle anodes in lithium ionbatteries.Science 2017,357,279-283.)中，韩国高等科技学院的Ali Coskun和Jang Wook Choi等报道了一种高弹性粘结剂，将少量多聚轮烷加入PAA中，形成“分子滑轮”(PR-PAA)，而“分子滑轮”中的一部分环具有较强的胶粘性能，一部分环具有独特的自由滑动性能，大大提高了粘结剂的弹性，极大地提高了硅基负极材料在充放电过程中的稳定性。

目前，在锂离子电池工业化生产中，水系粘结剂主要有丁苯胶乳(SBR)、羟甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸酯(PAA)、聚四氟乙烯乳液(PTFE)等。起初，负极也采用PVDF等油系粘结剂，但电池内部极化严重，且水系更加绿色环保，因此负极选用水系粘结剂已成为主流方向。

负极石墨体系常选用SBR和CMC作为负极粘结剂，SBR粘结性更强，但是其在长时间的搅拌下容易破乳，从而结构破坏，降低其粘结性。同时SBR分散效果没有CMC好，过多的SBR会产生较大溶胀，所以也不能完全用SBR作为粘结剂。CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用，但CMC也有比较致命的缺点，CMC是呈脆性的，如果全部选用CMC作为粘结剂，极片在压片、分切过程中石墨负极出现坍塌会出现严重的掉粉情况。因此，寻求一款新型绿色粘结剂具有重要而深远的意义。

黄原胶又称汉生胶、黄胶，是一种自然多糖和重要的生物高聚物，可以溶于冷水和热水中，具有高黏度、高耐热稳定性、高耐酸、碱、盐特性、触变性和悬浮性等，常被用作增稠剂、稳定剂、乳化剂和悬浮剂，广泛应用于食品、医药、日用化工、纺织、印染、采油及陶瓷等领域。

nafion全称是全氟磺酸基聚合物，它是一种人工合成的具有离子特性的聚合物，其内部包含亲水性的磺酸基团，对阳离子有很好的选择性，具有良好的质子交换功能。

本发明提供了一种锂离子电池硅基负极材料复合粘结剂，该复合粘结剂包括黄原胶和nafion。其中黄原胶的加入大大增强了极片的稳定性，在承受硅基负极材料充放电过程中体积变化方面起到重要作用，明显提高了硅基负极材料循环性能，使得制备得到的电池使用寿命长。

发明内容