[发明专利]粘结剂及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种粘结剂及锂离子电池，通过在硅碳负极中引入特定结构的粘结剂，同时在电解液中添加具有诱发启动功能的添加剂，使得锂离子电池在一定条件下，可以在硅碳负极中形成牢固且粘接可靠的网状粘结剂结构。该网状结构中的醚类官能团能够与硅碳负极表面官能团，特别是羟基官能团形成类似于氢键的结合力，因此能够与硅碳负极材料颗粒很好的粘接。同时相比于常规粘结剂，该网状结构可以对硅碳负极材料体积膨胀形成更有效的抑制，维持负极材料结构及颗粒之间的接触，从而改善电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及到化工领域，特别是涉及到一种粘结剂及锂离子电池。

背景技术

自上个世纪90年代以来，锂离子电池在消费电子领域获得了广泛的应用，同时在电动汽车电池领域也展现出诱人的应用前景。

目前，已量产的锂离子电池所用负极主要为石墨碳素材料。石墨碳素材料的理论克容量为372mAh/g，而实际应用中已达365mAh/g或更高，接近其理论上限。为提高锂离子电池能量密度，高容量硅碳负极材料越来越受到科研工作者的重视。金属硅材料理论克容量高达4200mAh/g，为石墨碳素材料的十倍以上。然而由于金属硅材料较大的体积膨胀(300％)，限制了其推广应用。目前采用硅碳复合负极材料作为替代负极材料，其克容量可达到400～1000mAh/g，同时具有较低的体积膨胀率。然而现有的硅碳复合负极材料仍然达不到实用要求。

针对硅碳负极材料体积膨胀大的缺陷，除了对材料结构进行改进外，科研工作者在粘结剂匹配方面也做了许多工作。

比如，CN201310739041.8除了公开常规使用的羧甲基纤维素(CMC)、羧甲基纤维素钠(CMCNa)、丁苯橡胶(SBR)外，还披露了聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAANa)、海藻酸、海藻酸钠等新型粘结剂，利用新型粘结剂与硅碳负极之间的强结合作用，抑制硅碳负极膨胀，从而提供容量高、效率高、循环性能优的硅碳负极锂离子电池。

CN201410027869.5采用高价态金属阳离子与海藻酸钠进行反应，利用高价态金属阳离子发挥的键桥作用，将多个海藻酸钠分子联合起来，从而形成高聚合的粘结剂。利用高聚合有机粘结剂分子内的力来抗衡充放电过程中硅碳材料的体积膨胀，从而改善电池循环性能。

CN201410115297.6公开了一种硅碳负极材料的粘结剂，在负极极片中使用了含有羟基的聚合物和含有羧基的聚合物两类粘结剂前体，再通过高温下的脱水反应，使得这两类粘结剂前体在负极极片内发生聚合，形成兼具良好刚性与粘结性的网状结构，用来限制硅碳负极材料的体积膨胀，从而获得较好的循环性能。

CN201310470405.7公开了一种锂离子二次电池，采用具有环氧结构的单体聚合而成的有机物作为粘结剂，并加入一定量的感光剂，在极片制作过程中，增加紫外线照射的工序，使粘结剂单体在负极极片内发生聚合，而形成网状交联结构，从而改善电池充放电倍率和循环性能。

由此可见，提供强筋型的网状粘结剂结构，已成为抑制硅碳负极体积膨胀、改善硅碳负极电池性能的有效方法之一。有鉴于此，确有必要研究并探索新的粘结剂体系，在硅碳负极中形成高强度的网状结构，抑制硅碳负极体积膨胀，优化电池循环性能。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种粘结剂及锂离子电池，克服硅碳负极材料体积膨胀大的问题，优化电池循环性能。

本发明提出了一种粘结剂，包括式1化合物，式1的结构如下：

式1中，o、m、n、p为非零整数，R₁、R₂、R₃、R₄为乙烯基或1-丙烯基，式1的分子量在50000～1000000之间。

优选地，式1的分子量在50000～400000之间。