[发明专利]一种锂离子电池硅基负极材料粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种锂离子电池硅负极材料水性粘结剂及其制备方法和应用，它是将一种商业食品添加剂结冷胶进行羧甲基化改性后应用于锂离子电池硅基负极材料粘结剂；改性后的羧甲基结冷胶由于分子内存在大量的羟基和羧基基团，不仅能在硅材料和集流体之间形成很好的粘附，保证了材料之间良好的电接触，改善了锂离子电池的性能，而且使羧甲基结冷胶粘结剂易溶于水，对生态环境完全没有污染；最后，羧甲基结冷胶原料结冷胶已经完全商业化，显著地降低了实际工业生产成本，具有较好的市场化应用潜力。

技术领域

本发明属于新能源电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅基负极材料粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池的应用领域十分广泛，从日常生活的便携式电子产品的传统领域到新兴的混合动力汽车、纯电动汽车和智能电网领域。硅相比石墨(375mAh/g)有更高的理论比容量（4200mAh/g）被认为是最有希望的锂离子负极材料，然而硅材料在电池充放电过程中会发生严重的体积膨胀效应，严重破坏了电池的容量，循环性能，寿命，成为其商业化最大的阻碍。因此抑制充放电过程中硅材料的体积膨胀效应是改善锂离子电池性能的关键。

粘结剂能够有效地抑制硅材料的体积膨胀，然而现行的商用粘结剂主要是聚偏氟乙烯油性粘结剂，采用有毒的N甲基吡咯烷酮作溶剂，采用有毒的溶剂会对人体和自然环境产生巨大的损害，并且聚偏氟乙烯对硅材料的粘附力非常弱，抑制硅材料的体积膨胀效应有限，在充放电过程中不能保证硅材料的完整性，硅材料易发生破碎，脱离集流体，失去电接触，使电池的容量，寿命下降。

发明内容

本发明的目的在于提出一种锂离子电池硅基负极材料粘结剂及其制备方法和应用。

本发明提出的一种锂离子电池硅基负极材料粘结剂，所述的粘结剂由原料结冷胶和氯乙酸按质量分数1:1.5组成。

本发明提出的锂离子电池硅基负极材料粘结剂，所述结冷胶分子量为高达100万以上的线性阴离子杂多糖，其单糖分子分别有葡萄糖，鼠李糖和葡萄糖醛酸，质量比是2：1：1；氯乙酸分子量为94.5，分子式为C₂H₃ClO₂，纯度大于等于99%。

本发明提出的锂离子电池硅基负极材料粘结剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）将结冷胶均匀的分散于冷的氢氧化钠溶液中，搅拌30min，并升温至室温，形成均一的反应体系；

（2）将氯乙酸溶于溶剂中形成混合溶液，并将混合溶液分三次缓慢滴加到步骤（１）所得反应体系中，室温下反应５小时后得到的产物，经溶剂淋洗多次后，得到粗产物；

（3）最后将粗产物溶解在溶剂中，过滤除去杂质后再经过透析，冷冻干燥，得到羧甲基结冷胶粘结剂；其中：透析膜的截留分子量是3500道尔顿，透析时间是4天。

本发明中，步骤（1）所述结冷胶分子量可高达100万以上的线性阴离子杂多糖，其单糖分子分别有葡萄糖，鼠李糖和葡萄糖醛酸，组成的比例是2：1 : 1。

本发明中，步骤（1）所述冷的氢氧化钠溶液温度是4℃，氢氧化钠的质量分数是4%。

本发明中，步骤（2）所用的氯乙酸分子量为94.5，分子式为C₂H₃ClO₂，纯度大于等于99%。

本发明中，步骤（2）所用的溶剂为甲醇，乙醇，异丙醇、正己烷、苯、甲苯或丙酮等中一种或几种，纯度均大于等于99%。

本发明中，步骤（3）所用的溶剂为蒸馏水、去离子水、正己烷、氯仿或四氯化碳等中一种或几种。

本发明中，步骤（3）所述的冷冻干燥时间是4天。

本发明提出的一种锂离子电池硅基负极材料粘结剂作为锂离子电池中含有硅成分的负极材料的应用。