[发明专利]一种锂离子电池硅碳负极粘结剂、负极极片及制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，为解决传统负极涂布烘烤工艺易引起粘结剂在极片纵向上分布不均，涂覆层附着力下降、生产成本高的问题，提供了一种锂离子电池硅碳负极粘结剂、负极极片及制备方法。所述锂离子电池硅碳负极粘结剂选自聚烯丙基胺盐酸盐和聚丙烯酸‑聚苯并咪唑中的一种或两种组合。本发明通过采用新型高分子粘结剂，同时优化极片干燥工艺，有效抑制了粘结剂在极片中的迁移，提高粘结剂在负极极片中纵向分布均匀性，改善电池性能，同时缩短了极片烘烤时间，降低了电池制作成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池硅碳负极粘结剂、负极极片及制备方法。

背景技术

硅碳复合材料由于能量密度高成为未来锂离子电池负极材料的发展方向之一，但是充放电过程中硅负极体积膨胀显著，导致锂离子电池体积增大、循环寿命下降和内短路等安全问题。利用高分子粘结剂可以将硅碳活性材料和导电添加剂粘合成一体，并将涂覆层和集流体结合在一起，保持在充放电循环过程中负极结构完整性，提高电池综合性能。涂布过程极片干燥速度和干燥温度会显著影响高分子粘结剂在极片中的分布均匀性，比如，过高的干燥温度和干燥速率会导致粘结剂迁移至极片表面，而在集流体和涂层界面处含量低引起粘附力下降，导致锂离子电池性能衰减过快。

目前国内研究主要集中在粘结剂结构和组分的优化，如中国专利文献上公开了“一种锂离子电池硅基负极用粘结剂、负极及制备方法”，申请公布号为CN108649228A，该发明提出了一种以马来酸酐酰化壳聚糖m-CS作为粘结剂的锂离子电池硅基负极，降低了粘结剂用量提高能量密度；中国专利文献上公开了“一种硅碳负极材料的粘结剂及其制备方法”，申请公布号为CN108441146A，该发明提出了一种侧链含有刚性环的烯烃与含有羧基或酯基共聚物作为硅碳负极的粘结剂，抑制了不可逆滑移现象；中国专利文献上公开了“一种高比容量硅基负极复合粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法”，申请公布号为CN106058259A，该发明提出了一种硅基负极复合粘结剂，包括羧甲基纤维素钠5～50wt％、聚丙烯酸5～30wt％和丁苯橡胶20～90wt％，缓解了硅碳负极在锂离子脱嵌过程中巨大的体积变化。

上述现有的技术方案侧重于负极粘结剂分子结构和化学成分优化，缺乏相关负极涂布烘烤工艺参数的优化方法，后者控制不当极易引起粘结剂在极片纵向上分布不均，涂覆层附着力下降形成潜在质量缺陷，降低性能引发安全隐患的同时增加了电池生产成本。

发明内容

本发明为了克服传统负极涂布烘烤工艺易引起粘结剂在极片纵向上分布不均，涂覆层附着力下降、生产成本高的问题，提供了一种锂离子电池硅碳负极粘结剂。

本发明还提供了一种基于上述粘结剂的锂离子电池硅碳负极极片。

本发明还提供了一种基于“三段式”曲线涂布干燥工艺的锂离子电池硅碳负极极片的制备方法，抑制了粘结剂在极片中的迁移，提高粘结剂在负极极片中纵向分布均匀性，改善电池性能，同时缩短了极片烘烤时间，降低了电池制作成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池硅碳负极粘结剂，所述锂离子电池硅碳负极粘结剂选自聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)和聚丙烯酸-聚苯并咪唑(PAA-PBI)中的一种或两种组合。

高分子粘结剂性能的好坏对电极材料的性能，尤其是对硅基负极材料性能具有显著的影响。在涂布干燥过程中，部分粘结剂会随着溶剂挥发迁移至极片表面，而涂层与集流体之间的粘结力与粘结剂的浓度成正比，活性颗粒之间及涂覆层和集流体间会因此形成“薄弱层”，如图1所示。