[发明专利]一种锂离子电池负极粘结剂及锂离子电池负极的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极粘结剂及锂离子电池负极的制备方法，属于锂离子电池领域。所述的粘结剂是由商业化的聚丙烯酰胺进行交联改性后应用于锂离子电池硅基负极；改性后的交联粘结剂具有三维交联网状结构，可以提升电极的结构稳定性，进而改善锂离子电池的性能。锂离子电池负极包括硅基负极材料、导电剂和粘结剂，电极中交联三维网状粘结剂的重量百分比为1～30％。本发明使用的原料为水溶性原料，具有无毒无害等特点，在生产过程中对生态环境及人体无危害；本发明的生产工艺简便，可显著降低生产成本，具有较好的市场潜力。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极粘结剂及锂离子电池负极的制备方法。

背景技术

随着新能源领域的飞速发展，锂离子电池已经被广泛应用于便携电子产品、纯电动汽车、智能电网等领域。硅材料的理论容量为4200mAh/g，成为下一代负极材料的研究重点，但由于硅在充放电过程中会发生巨大的体积膨胀会严重破坏电池的循环性能而极大的限制了应用。因此，控制硅材料在充放电过程中的体积膨胀是改善锂离子电池性能的关键。

粘结剂作为锂离子电池电极的关键组成部分，主要作用是将活性物质和导电剂粘附在集流体上，性能优良的粘结剂能够在一定程度上缓解电极材料的体积效应。目前行业中常用的粘结剂主要为聚偏氟乙烯(PVDF)，使用有机溶剂N甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，具有一定的毒性，对人体和环境有不利影响，且粘结剂为直链结构，对硅基材料的束缚力较差，因此不能有效的抑制硅材料在充放电过程中的体积膨胀，使电池在循环过程中容量迅速衰减。

近年来，国内外研究表明羧甲基纤维素钠(CMC)，聚丙烯酸(PAA)，海藻酸钠(SA)，聚乙烯醇(PVA)，壳聚糖及其衍生物等一系列水溶性高分子作为硅基负极粘结剂具有一定优势。这些水溶性高分子聚合物通常具有丰富的官能团，能够与活性材料形成强的相互作用，从而提高活性材料和粘结剂的粘附能力。但是通常这类水溶性高分子为长直链结构，当硅颗粒发生剧烈的体积变化时，不能有效的缓解其体积效应，最终造成材料的粉化、剥离等，使电极失去完整的导电网络，从而造成容量损失。因此粘结剂通过官能团分子之间共价键发生交联反应形成三维网络结构能够有效的缓解活性物质的体积效应，从而提高电极的电化学稳定性。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池硅基负极粘结剂的制备方法，本发明通过化学交联制备一种三维交联网络粘结剂。

本发明的另一目的在于提供一种用所述交联三维网状粘结剂制备的硅基负极电极。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池负极粘结剂，所述粘结剂是交联三维网状粘结剂，由原料聚丙烯酰胺和聚丙烯酸按照一定比例混合均匀后，在室温下通过交联剂的作用下进行化学交联，从而得到三维网状粘结剂。所述粘结剂的分子结构为：

进一步地，所述的聚丙烯酰胺为分子量400w及以上的阴离子型聚合物。

进一步地，所述的聚丙烯酸为分子量50～400w及以上的聚合物。

进一步地，所述聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的组成比例为30～70％:70～30％。

进一步地，所述的交联引发剂为碳酰二亚胺盐酸盐、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟基丁二酰亚胺、过氧化二异丙苯、二亚乙基三胺等中的一种或几种。

一种采用上述粘接剂制备锂离子电池硅基负极电极的方法，负极电极包括硅基负极材料、导电剂和粘结剂，所述粘结剂为上述的锂离子电池用交联三维网状粘结剂，所述硅基负极材料为纳米硅粉，所述电极中交联三维网状粘结剂的重量百分比为1～30％。制备步骤如下：

(1)将上述的硅基负极、导电剂和粘结剂混合，加入适量的蒸馏水，将浆料搅拌混合均匀并调整浆料合适的粘度；