[发明专利]一种锂离子电池硅基负极用粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅基负极用粘结剂及其制备方法和应用，属于能源材料技术领域。所述粘结剂以质量百分比计，其组成包括：线型高分子10‑80％、导电高分子10‑60％、自修复高分子10‑60％。本发明提供的复合粘结剂通过对线型高分子，导电高分子和自修复高分子进行交联改性，得到由刚柔结合的链和键组成的三维网络结构，其在具有较好粘附性和机械性能的同时兼备导电性和自修复性，将其运用在锂离子电池硅基负极材料中可以增加电极材料和集流体之间的粘附性，容纳材料在充放电循环过程中的大的体积变化，而且可使硅颗粒在多次循环和粉化后仍能保持导电性和循环后产生的裂纹实现自修复，提升整个电极结构的导电性和稳定性。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅基负极用粘结剂及其制备方法和在硅负极制备中的应用。

背景技术

随着人们对锂离子电池性能的要求日益提高，传统以石墨(372mAh/g)为负极的锂离子电池无法满足人们的需求，发展高容量硅(4200mAh/g)为负极的锂离子电池成为科研界和工业界的目标。然而，硅在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出表现出巨大的体积变化(大于300％)，从而导致电极活性物质的粉化和从集流体脱落，进而使电极失去电接触，使得电极容量快速衰减，这严重抑制了硅负极材料的发展和商业化应用。

粘结剂是锂离子电池正负极的重要组成部分，在电极中，粘结剂负责将活性物质、导电炭黑以及集流体连接起来，以保证电极在充放电行为中的结构和电化学稳定性。同时粘结剂还应具有足够的弹性能缓解电池在充放电过程中的膨胀与收缩而粉化脱落。这样，粘结剂的选择和使用对于硅负极的电化学性能具有显著的影响。

目前锂离子电池电极材料中常用的粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)等在粘结力、极片的平整性和抑制极片的膨胀方面的效果有限，也无法完全解决硅材料存在的问题。因此发展新的合适的应用于硅负极的粘结剂具有重要意义。

CN103074007A公开了一种水性粘结剂，包含羰基化β-环糊精、聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐、阿拉伯胶中的一种或几种的混合，该粘结剂表现出与硅材料之间良好的黏性和接触性。

CN106129416A公开了一种导电粘结剂，包含导电高分子，交联剂，和掺杂剂。对比传统粘结剂，该导电粘结剂兼有粘结剂和导电添加剂的双重功能，可部分解决传统导电添加剂引起的导电问题，并减少非活性物质在电极中占比，提升电池比容量和循环稳定性。

CN104559173B公开了一种自修复高分子材料粘结剂，由于粘结剂的自修复特性，能在一定程度修复电极颗粒间的裂纹及碎裂，因此能够减缓电极循环容量的衰减，提升电机循环稳定性。

上述粘结剂，要么增加了粘结性，要么具有不错的弹性，要么提高了导电性，要么引入了自修复特性，但是还不能把所有这些特性集一身，从而这些粘结剂虽然能部分提高硅电极的性能，但是无法完全克服体积膨胀效应。

随着硅基负极材料的不断发展，未来粘结剂应向复合化方向发展，应同时考虑到其粘结特性，抗拉强度，导电特性，自修复特性等等。从而使粘结剂更有效的缓解硅在充放电过程中的体积膨胀与性能改变，以获得更优异的循环性能，进而使未来的硅基锂离子电池商用化成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多重网络结构且兼具导电和自修复特性的多功能聚合物复合粘结剂，旨在解决锂离子电池硅基负极存在的导电性差、大体积膨胀、易粉化脱落，从而导致容量快速衰减的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池硅基负极用粘结剂，以质量百分比计，其组成包括：线型高分子10-80％、导电高分子10-60％、自修复高分子10-60％。