[发明专利]一种适用于锂离子电池硅基负极的复合导电粘结剂

说明书

本发明提供了一种适用于锂离子电池硅基负极的导电粘结剂。本发明的导电粘结剂由双亲性的导电低聚合物与粘结剂在酸性介质下进行原位复合反应制备而成。本发明的复合型导电粘结剂具有高的粘结性及导电性，能有效提高能量密度并降低硅基负极在充放电过程中的体积变化性，并且有效提高锂离子电池的循环稳定性能以及倍率性能。其制备方法工艺简单，条件易控，制备得到的导电粘结剂性能稳定，且生产效率高，有效降低了生产成本。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，特别涉及一种具有双亲特性的复合型导电粘结剂及其制备方法、包含其的负极、以及包括该负极的电池。

背景技术

随着当代社会对环境保护问题的日益关注，近年来，以电力为驱动力的电动汽车产业得到了高速的发展。动力电池产业对具有高容量、长寿命、高倍率性及安全性等性能的高性能锂离子电池的需求日益迫切。就目前的科技水平来看，发展大容量、高性能的锂离子动力电池需要运用硅基活性材料作为锂离子电池的负极材料。因此，越来越多的目光聚焦在硅基负极材料体系的研究领域中。

然而，在实际使用过程中，硅基负极材料在充放电过程中展现出较大的体积变化(膨胀达到300％以上)。这种剧烈的体积变化收缩产生的内应力容易导致电极粉化、剥落，影响循环稳定性。在电极材料中粘结剂是提供电极结构稳定性的重要因素之一，目前一般电极材料使用的粘结剂主要是油性粘结剂，油性粘结剂主要为均聚粘结剂PVDF，但PVDF只以弱的范德华力与硅基负极材料相连接，并不能适应Si剧烈的体积变化。因此目前硅基负极粘结剂主要为粘性较好的水性粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)，但CMC脆性大、柔顺性差，充放电时会导致极片龟裂。因此，一种粘结性好且柔顺好的粘结剂对硅基负极的应用至关重要。

同时，目前常用的硅基负极材料的导电剂主要有乙炔黑、具有线状结构的导电碳纳米管和石墨烯电极材料。由于乙炔黑的晶格化程度低，锂离子在其中嵌入与脱出的吉布斯自由能相差不大，且电阻放热较小,故其影响电池安全性的程度较小；并且，其高比表面积也导致分散困难，自身易团聚，并且由于其颗粒较小、从而陷于由活性材料形成的空隙中不能形成连续的导电通道，导致一些电子传输路径中断，循环过程中高硅材料的反复体积变化会在一定程度上破坏炭黑构建的导电网络体系。线状碳纳米管的长径比和导电性要更好，但是，碳纳米管合成过程中残留的金属催化剂对电池性能可能造成的不利隐患；碳纳米管相互之间存在较强的范德华相互作用，很难均匀分散在电极活性材料中。石墨烯电极材料更倾向于形成一个“面”，电子能够在二维空间内传导，但是，片层较厚的石墨烯会阻碍锂离子的扩散而降低极片的离子电导，并且制备困难。作为导电剂在硅碳负极材料中使用时，一般需要点线面导电剂配合使用，并且添加范围在3％-5％之间。三者的成本依次升高。

硅基负极材料除了本身容量高外，在制备硅基负极电池工艺的过程中，活性物质填充量成为提高锂电池容量的另一个重要手段。目前提高电池中活性物质的填充量主要方向有两个：其一是增加压实密度，其二是减少导电剂和粘结剂的含量(一般，导电剂与粘结剂所占的总百分比含量为9％-6％)。但导电剂与粘结剂的含量过少会导致电极的导电、外观稳定性能均下降。因此，硅基负极的电池急需一种兼具粘性和导电性的助剂，可同时起到粘结剂和导电剂的作用，从而进一步增加电极活性物质的填充量，提高电池容量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种具有双亲特性的复合导电粘结剂及其制备方法，解决现有技术中针对硅基负极的粘结剂粘结强度不高，不具备导电性能的技术问题。

本发明另一目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种锂离子电池，以解决现有锂离子电池、特别是用硅材料作为负极的锂离子电池在循环稳定性、倍率性能、容量等方面的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于锂离子电池硅基负极并具有双亲特性的复合型导电粘结剂，所述导电粘结剂由双亲性导电低聚物与粘结剂原位复合而成。