[发明专利]一种含硅聚合物粘结剂及其制备方法和在硅基电极锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种含硅聚合物粘结剂及其制备方法和在硅基电极锂离子电池中的应用，该粘结剂由含硅丙烯酸酯类单体、丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、聚乙二醇丙烯酸酯类单体经过自由基聚合或阴离子聚合而成。通过将所制得的粘结剂与活性物质、导电剂混合成电极浆料后涂覆形成电极，可以应用于硅基电极锂离子电池中，本发明主要是通过粘结剂的添加来提高硅基负极锂离子电池的循环性能，制备所得的电池具有较高的放电比容量，在新型硅基负极锂离子电池开发领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种含硅聚合物粘结剂及其制备方法，并将其应用于以硅基为电极的锂离子电池中。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应、环境友好等优点而受到关注，已经被广泛应用于手机、电脑等便携式电子设备，更有望成为电动车和混合动力车的能源，具有重要的商业价值。

目前商业化的锂离子电池的负极材料是石墨以及以石墨为前驱体的各种碳材料。虽然碳材料的可逆充放电性能较好，但是其理论质量比容量低(372mAh·g^-1)，高倍率下的充放电性能差，并且在过充时容易在碳表面形成锂枝晶而引起短路，产生安全隐患。因此碳材料很难满足当今电子、能源发展的需要，需要开发新型且可靠的高容量锂离子电池电极材料。

硅可作为锂离子电池的电极材料，并且以其极高的质量比容量(4200mAh·g^-1)、价格低廉、材料丰富等优点受到了重视。但是硅基电极材料在嵌锂/脱锂过程中会产生巨大的体积变化(300％-400％)，使得活性材料极易开裂粉化，最终导致电极结构被破坏而失去电接触，因此无法商业化。

锂离子电池粘结剂是一类具有粘结作用的高分子聚合物材料，在电极中，粘结剂能够将活性物质、导电剂以及集流体连接起来，保证了电极在充放电行为中的结构以及电化学稳定性。通常，锂离子电池粘结剂需要有较好的机械性能、热稳定性、电化学稳定性、与活性材料/导电剂的相容性和粘结能力，以及价格合理、环境友好、使用安全。

现行的锂离子粘结剂主要为聚偏氟乙烯，其工艺为将聚偏氟乙烯、N甲基吡咯烷酮、炭黑以及活性物质按照一定比例拌浆涂布烘干切片，从而得到电极。而聚偏氟乙烯仅仅依靠范德华力进行粘结作用，对于体积膨胀大的硅基电极而言不具有实际应用能力。

发明内容

本发明旨在提供一种含硅聚合物粘结剂及其制备方法和在硅基电极锂离子电池中的应用，该粘结剂易于生产和工业化，可以显著提高硅基电极材料的电化学性能。

本发明的技术方案如下：

一种含硅聚合物粘结剂，其分子式如下：

式(I)中：R为-CH₃或H，n为3～48，R₁(Si)为-Si(C₃H₇)₃或-CH₂CH₂CH₂Si(OCH₃)₃或-CH₂CH₂Si(CH₃)₂-(OSi(CH₃)₂)_m-Si(CH₃)₃，其中m为2～49，R₂为-OH或-OLi或-ONa、R₃为CH₃或C₄H₉或-(C₂H₄O)₂-CO-C₃H₅，a:b:c:d＝(0.1-0.5):(0-0.3):(0-0.3):(0.1-0.5)，且abcd≠0。