[发明专利]一种粘结剂及含有该粘结剂的电池

说明书

本发明提供一种粘结剂及含有该粘结剂的电池。本发明所述粘结剂具有三维网状结构，所述三维网状结构的骨架由第一聚合物形成，骨架之间通过第二聚合物连接，所述第一聚合物和第二聚合物通过氢键交联；其中，所述第一聚合物选自丙烯酸类聚合物；第二聚合物选自聚氨酯类三元聚合物。本发明的粘结剂可以有效改善负极活性物质的体积变化引起的形变，从而改善电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种粘结剂及含有该粘结剂的电池。

背景技术

为满足未来的电力储能和电动汽车日益增长的能量密度要求，各种高容量电极材料正在被广泛开发。其中，Si因其理论容量高、自然资源丰富、电化学电位低而被认为是下一代锂离子电池(LIBs)最有前途的候选材料。尽管如此，一些技术挑战仍然限制了Si的商业化。硅阳极的主要问题是在深度循环过程中体积变化剧烈，往往导致严重的粉化、电接触损失、固态电解质界面(SEI)不稳定，从而导致电化学循环可逆性差。为了解决硅颗粒膨胀这一问题的方法是采用高弹性的聚合物粘合剂。目前已经研究了各种替代传统聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物粘结剂。如聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、导电聚合物等。由于聚合物材料的弹性性质，显著提高了容量和循环稳定性。此外，聚合物官能团与硅颗粒上的天然表面氧化物的亲和性进一步提高了循环稳定性。然而，由于硅阳极和聚合物粘结剂的反复极端体积膨胀和收缩，这些聚合物粘结剂最终还是发生了不可逆的机械降解和分层。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种粘结剂及含有该粘结剂的电池，本发明的粘结剂可以有效改善负极活性物质(如硅材料或碳材料)体积变化引起的形变，从而改善电池的循环寿命。

本发明的技术方案如下：

一种粘结剂，所述粘结剂具有三维网状结构，所述三维网状结构的骨架由第一聚合物形成，骨架之间通过第二聚合物连接，所述第一聚合物和第二聚合物通过氢键交联；

其中，所述第一聚合物选自丙烯酸类聚合物；

第二聚合物选自聚氨酯类三元聚合物。

根据本发明的实施方案，所述三维网状结构会产生自愈能力，增强网络结构的微观稳定性。

根据本发明的实施方案，所述丙烯酸类聚合物中包括含有羧基的重复单元。

根据本发明的实施方案，所述丙烯酸类聚合物选自聚丙烯酸(PAA)或其共聚物、聚甲基丙烯酸或其共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物(P(AA-co-MAA))中的至少一种。

具体的，所述丙烯酸类聚合物中，含有羧基的重复单元的摩尔百分含量为50％以上。

示例性的，所述共聚物的共聚单体选自不含羧基的单体，例如可选自(甲基)丙烯酸酯，具体的为(甲基)丙烯酸烷基酯，例如(甲基)丙烯酸C_1-10烷基酯，例如是(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯等中的至少一种。

根据本发明示例性的方案，所述丙烯酸类聚合物选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸-(甲基)丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸-(甲基)丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸乙酯共聚物、丙烯酸-(甲基)丙烯酸丙酯共聚物、甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸丙酯共聚物、丙烯酸-(甲基)丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸-(甲基)丙烯酸丁酯共聚物等中的至少一种。

根据本发明的实施方案，第一聚合物的数均分子量可以为100-1000KDa，优选为200-500KDa，例如为200KDa、300KDa、350KDa、400KDa、450KDa、或500KDa。

根据本发明的实施方案，所述第二聚合物的数均分子量可以为100-1000KDa，优选为200-500KDa，例如为200KDa、300KDa、350KDa、400KDa、450KDa、或500KDa。