[发明专利]一种电池电极用粘结剂以及电池电极

说明书

本发明涉及一种电池电极用粘结剂以及电池电极，所述粘结剂包括溶剂，改性聚乙烯醇，多酚类化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯共聚后经过水解或醇解的产物，所述多酚类化合物含有苯环结构，且所述苯环结构含有两个以上酚羟基，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的5‑30%。本发明通过对聚乙烯醇进行改性，引入侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯的功能结构单元，制备得到的粘结剂具有更强的粘结硅基负极活性材料的粘结力、更强的抑制硅基负极活性材料体积膨胀的能力以及使硅基负极活性材料更好的均匀稳定分散能力；同时还提高了聚乙烯醇作为锂离子电池粘结剂的热稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种电池电极用粘结剂以及电池电极。

背景技术

锂离子电池自1991年商业化以来取得了巨大的进步，广泛应用于各种便携式电子设备以及新能源汽车等领域，是目前应用最为广泛的化学电源。锂离子电池自商业化以来，通过对材料和技术的不断优化，其能量密度不断被提高，但是仍然无法满足人们对更高能量密度储能系统的追求。传统的锂离子电池使用石墨作为负极，其理论比容量仅为372mAh/g，很难让锂离子电池的能量密度实现大的提升。研究发现，硅的理论比容量可以达到4200 mAh/g，是石墨的十一倍之多，而且硅在地壳中储量丰富成本低，迅速在各种高容量负极材料中脱颖而出，是下一代高比能锂离子电池最重要的负极材料之一。但硅基负极材料本身也存在一些缺陷，如脱嵌锂过程中会发生巨大的体积变化，产生的应力很容易导致硅颗粒的破裂和粉化并失去活性，此外大体积变化也会导致固态电解质界面膜（SEI）的不断破裂和重组，造成活性锂的消耗，综合导致硅基负极的容量在循环中急剧衰减，并严重限制硅基负极的实际应用。

为了解决上述问题，各国研究者从不同角度展开了大量的研究。在锂离子电池的电极制备中，粘结剂所占比重小于5%，但却是将活性材料、导电碳以及集流体粘连到一起保持结构完整和导电性的必要组分，对于维持电极的长期稳定起到十分重要的作用。传统的锂离子电池使用石墨作为负极，石墨在脱嵌锂的过程中体积变化非常小，商业化的羧甲基纤维素纳/丁苯胶乳（CMC/SBR）粘结剂可以起到很好的作用；但是对于大体积变化的硅基负极，使用CMC/SBR粘结剂容量会迅速下降。大量的研究表明，使用不同的粘结剂对于硅基负极的性能发挥具有重要影响。CMC/SBR粘结剂较弱的粘结力难于应对硅基负极较大的体积变化，是使得硅基负极循环性能差的主要原因。含有大量羟基的聚合物可以与硅基负极材料之间形成较强的相互作用，有利于抑制硅基负极的体积膨胀等问题，是一种潜在的硅基负极用粘结剂。但是这类聚合物分子间较弱的相互作用不利于负极材料在浆料中的均匀稳定分散，此外其对于硅基负极的循环稳定性有待进一步提升。

聚乙烯醇是一种水性的多羟基聚合物，其分子量可控，羟基含量高，是一种潜在的锂电池用粘合剂。由于聚乙烯醇粘度高，难以集流器上均匀的涂覆，以及其低的抗电解质性质，此外可能还存在其他未明的原因，单独使用聚乙烯作为粘合剂效果并不理想，特别是在高温下的充放电循环中，电池性能会快速变劣。而且目前很多需要大电流放电的领域，比如新能源汽车，无人机，玩具遥控车的高性能锂电，电池在快速充电，持续大电流放电状态，电池温度很容易在60℃以上，使用聚乙烯醇作为粘结剂的电池性能会很快衰减。此外，粘结剂使用时，和集流器的粘附也是需要在热处理条件下进行。聚乙烯醇的上述在高温下不稳定的状态，作为锂电池的粘合剂还需要进一步提升其高温下的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于改性聚乙烯醇的粘结剂，以提高硅基负极的循环稳定性，特别是在高温下的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电池电极用粘结剂，包括溶剂，改性聚乙烯醇，多酚类化合物，所述改性聚乙烯醇是羧酸乙烯酯和侧链含有羟基的丙烯酰胺、长链烷基丙烯酸酯共聚后经过水解或醇解的产物，所述多酚类化合物含有苯环结构，且所述苯环结构含有两个以上酚羟基，所述多酚类化合物的质量是改性聚乙烯醇的5-30%。