[发明专利]一种聚合物粘结剂的制备方法与在硅负极锂电池中的应用

说明书

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种聚合物粘结剂的制备方法与在硅负极锂电池中的应用，制备方法包括：将聚多巴胺和聚脲氨酯在有机溶剂中进行交联反应，之后加入金属离子溶液，得到金属配位的PDA‑X‑BFPU粘结剂；其中，所述的聚脲氨酯具有动态共价键BOsubgt;3/subgt;supgt;3‑/supgt;、‑S‑S‑或‑Se‑Se‑中的至少一种；所述金属离子溶液中的金属离子为Mgsupgt;2+/supgt;、Cosupgt;3+/supgt;、Alsupgt;3+/supgt;、Crsupgt;3+/supgt;、Cusupgt;2+/supgt;、Fesupgt;3+/supgt;、Znsupgt;2+/supgt;中的一种或多种组合。与现有技术相比，本发明在避免Si体积效应引起的低库仑效率和差的循环寿命问题的基础上，提高负极材料的机械性能和电化学性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种聚合物粘结剂的制备方法与在硅负极锂电池中的应用。

背景技术

锂离子电池(LIB)凭借其能量密度高、安全性好、电压平台高、高低温适应性强和循环性能好等优点，受到研究人员的广泛关注，也是目前电动汽车领域使用的主要电池之一。很多研究通过开发高容量负极材料来提高LIB的能量密度。Si作为最有前途的合金型材料之一，其具有4200mAh g^-1的理论容量和低工作电位(～0.4V vs.Li/Li⁺)，这有利于避免锂枝晶的形成。然而，Si的体积效应引起的低库仑效率和差的循环寿命严重限制了LIB的Si基阳极的商业化。可通过构建纳米结构硅，硅/碳复合材料，以及探索电解质添加剂，如氟碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯等方案来改善。除了以上策略之外，设计新型的粘合剂也是一种有效的方法，可通过氢键和/或共价键增强了与Si颗粒的粘附力，从而缓解巨大的体积变化并保持Si负极的完整性。

目前，常用的粘结剂包含聚丙烯酸(PAA)、丁苯橡胶/羧甲基纤维素钠(SBR/CMC)和海藻酸盐(Alg)等，它们富含羟基(-OH)或羧基(-COOH)可以与Si颗粒表面产生氢键，从而增强粘附性，同时它们的强极性也可以一定程度上的增强Si负极、集流体和粘合剂之间的界面相互作用，从而缓解抑制循环过程中硅颗粒巨大的体积变化，提高电池循环寿命。然而，这些单一的粘合剂在纳米级Si颗粒嵌锂和脱锂过程中未能显示出理想的机械性能和稳定的电化学性能，因此，在现有粘结剂基础上进行研究和探索改性设计，以在避免Si体积效应引起的低库仑效率和差的循环寿命问题的基础上，提高负极材料的机械性能和电化学性能，这是非常必要的。

中国专利CN115472842A公开了一种粘结剂及其制备方法、二次电池。粘结剂包括海藻酸钠、聚醚硫脲和金属离子，海藻酸钠与金属离子配位，并且和聚醚硫脲形成双网络结构。本申请的粘结剂具有良好的机械性能及稳定的流变性能，能在室温下实现快速自愈合。采用该粘结剂的电池具有良好的循环稳定性和优异的倍率性能，但是在大电流的冲击下，粘结剂的结构损坏，从而无法限制硅颗粒的体积膨胀，导致其循环稳定性较差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种聚合物粘结剂的制备方法与在硅负极锂电池中的应用，在避免Si体积效应引起的低库仑效率和差的循环寿命问题的基础上，提高负极材料的机械性能和电化学性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：