[发明专利]一种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，柔性聚合物和刚性聚合物的质量比为(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)。本发明通过采用柔性聚合物和刚性聚合物复合，这种复合粘结剂具有可变形的聚合物网络结构和较强的粘附力，可以有效地缓冲硅在脱/嵌锂时体积变化，防止硅颗粒的粉化脱落，改善电池循环性能。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

硅材料的理论比容量高达4200mAh/g，且具有较低的嵌/脱锂电位，安全性能好，有望替代石墨类材料成为新一代负极材料。然而，硅材料在充放电循环过程中，硅颗粒产生的体积变化高达300-400％，导致活性材料开裂和粉化、电极结构破坏而从集流体上脱落下来，使电极材料失去电接触及硅粉与电解液之间的接触面不断变化，致使库伦效率降低，从而导致硅负极的容量快速衰减，电化学循环稳定性变差，最终使得电极失效，限制了硅材料在锂离子电池中的实际应用。

锂离子电池由于其具有高容量、长寿命、循环次数多、无记忆效应、自放电少、绿色环保、使用温度范围宽、高倍率性及安全性等性能被广泛的应用到手机、电脑、电动自行车和电动汽车等。而电池正极和负极极片在充放电过程中体积膨胀会影响锂离子电池的性能。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。同时，硅基材料具有容量高、循环性能好和倍率性好等优点，但是其在充放电过程中体积膨胀较大又使其应用受到限制，同样可通过粘结剂其特殊的高分子结构而起到抑制膨胀的作用。因此，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不仅是未来的发展趋势，更是市场的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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：

本发明公开了一种复合粘接剂，该复合粘接剂是柔性聚合物和刚性聚合物配制而成的复合粘接剂，柔性聚合物和刚性聚合物的质量比为(6～16)：(1～4)；其中，所述柔性聚合物采用羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和壳聚糖中的一种；所述刚性聚合物采用黄腐酸，其结构式如下式所示：

其中，n＝50～100。

本发明公开了上述复合粘接剂的制备方法，是将柔性聚合物和刚性聚合物混合后，以水为分散体系，配制成质量浓度为0.5～2.0％的水溶液，制得复合粘接剂。

本发明公开上述的复合粘接剂在制备锂离子电池负极材料中的应用。

本发明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。

优选地，所述活性材料采用纳米硅负极；所述导电剂采用乙炔黑。

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，滴加复合粘接剂溶液，继续研磨，直至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；