[发明专利]一种聚合物复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法，属于电化学及新能源材料技术领域。该粘结剂溶于分散介质中形成浓度为0.5％～2.0％的溶液，其中，分散介质为去离子水，线形聚合物和片层聚合物的质量比为(6‑16)：(1‑4)。应用该复合粘结剂的锂离子电池负极浆料由活性材料、导电剂和粘结剂组成，其各组分质量比为(50‑80):(10‑30):(10‑20)。本发明通过采用线形聚合物和片层聚合物复合，这种复合粘结剂可在硅颗粒的周围构建交联的三维网状结构,有效地阻止硅颗粒发生不可逆的滑移,缓冲体积变化，保持电极的电连接和完整性。该复合粘结剂原料来源广泛、是一种绿色环保的复合粘结剂。

技术领域

本发明属于电化学及新能源材料技术领域，具体涉及一种聚合物复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法。

背景技术

硅作为锂离子电池负极材料有着高达4200mAh/g理论比容量，有着重要的研究和应用价值。但硅材料在高度脱嵌锂条件下，存在严重的体积效应，容易导致结构材料的坍塌，从而造成电极的循环稳定性欠佳，容易粉化、剥落，使电极结构遭到严重破坏，从而导致其循环比容量的迅速下降，限制了硅材料在锂离子电池中的实际应用。

为解决此问题，粘结剂成为一条改进硅基锂电池循环稳定性的突破口。目前，降低极片膨胀率是研究的热点之一，低膨胀石墨负极的开发很迫切，而粘结剂是解决石墨负极膨胀的有效手段。粘结剂其高分子结构的强大内聚力，可有效的抑制极片的膨胀效应，因此，粘结剂在低膨胀石墨开发中的作用尤其显著。如何制备一种用量少、粘结力强并能有效抑制极片膨胀特别是石墨负极和硅基材料膨胀的粘结剂成为当前亟需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种聚合物复合粘接剂，该聚合物复合粘接剂是由线性聚合物胍胶、黄原胶和田菁胶和片层聚合物配制而成的复合粘接剂；其中，线形聚合物和片层聚合物的质量比为(6～16)：(1～4)。

优选地，所述线形聚合物为胍胶、黄原胶和田菁胶中的一种。

优选地，所述的片层聚合物为黄腐酸，其结构式如下式所示：

其中，n＝50～100。

本发明还公开了上述的聚合物复合粘接剂的制备方法，将线形聚合物和片层聚合物混合后，以水为分散体系，配制成质量浓度为0.5～2.0％的水溶液，制得聚合物复合粘接剂。

本发明还公开了上述的聚合物复合粘接剂在制备锂离子电池负极材料中的应用。

本发明还公开了一种锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料的组成成分，以质量百分比计，包括：50％～80％的活性材料，10％～30％的导电剂和10％～20％上述的聚合物复合粘接剂。

优选地，所述活性材料采用硅负极、石墨负极或硫化物；所述导电剂采用乙炔黑或超导电炭黑。

本发明还公开了上述的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将活性材料和导电剂充分研磨均匀后，滴加聚合物复合粘接剂凝胶液，继续研磨，直至聚合物复合粘接剂均匀的混合于活性材料和导电剂中，制得混合物；

2)向混合物中滴加去离子水至粘稠的胶状，充分研磨均匀；

3)将步骤2)制得的产物置于Cu片上并涂布均匀；

4)将步骤3)处理后的Cu片干燥，制得极片，并将极片真空干燥；

5)将真空干燥后的极片载片称重后，制得用于装配电池的锂离子电池负极材料。