[发明专利]一种锂离子电池负极聚合物粘结剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极聚合物粘结剂及其制备方法和应用。该粘结剂的制备方法包括碱性条件下双氧水氧化作用制备氧化淀粉(OS)，通过羟羧脱水缩合反应，将聚丙烯酸(PAA)与氧化淀粉(OS)反应制备OS‑PAA。该锂离子电池负极聚合物粘结剂具有三维网状结构，能缓解由硅颗粒的体积膨胀带来的粉体脱落现象，进而增强电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种电池粘结剂的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池负极聚合物粘结剂的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

对于LIBs而言，硅是一种具有巨大发展潜力的阳极材料，其理论比容量高达4200mAh·g^-1，Li^-/Li⁺电化学电位在0-0.4V之间，初始不可逆容量小于其他金属或合金阳极材料。但是硅在实际应用时还具有一些实际应用问题，在Li⁺嵌入和迁出过程中，硅会发生严重的体积变化(约300％)，造成材料结构的破坏和机械粉化，导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，致使容量迅速衰减，循环性能恶化。虽然对硅基材料包覆改性之后可以有效缓解体积变化所产生的机械应变，但由于硅的固有体积变化，仍然会导致电极变形和外电池膨胀。这种电池体积的大变化是限制硅基阳极材料商业化的主要因素。为了可商业使用，已经采取了各种方法，包括粘结剂开发，以抑制硅的严重的体积变化。

粘结剂在锂离子电池中，是维护极片整体性的物质，对于电池循环性能起着至关重要的作用。单质硅作为负极材料，对粘结剂的要求更为苛刻：①硅材料的大体积膨胀，要求粘结剂与集流体铜箔的黏附力必须强于PVDF黏附力；②硅材料自身收缩过程容易脱离极片，造成周围导电剂的流失，因而粘结剂必须与硅材料表面具有很强的作用力。因此，开发适合硅负极用高性能粘剂是亟待解决的科学问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种对硅具有高粘附力、机械强度和自愈合性的锂离子电池的负极粘结剂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的首先提供了一种锂离子电池负极聚合物粘结剂的制备方法，其中，该制备方法包括：

向淀粉乳液中加入硫酸铜和双氧水，在20℃-90℃下反应10min-60min，得到混合溶液；硫酸铜的添加量为淀粉的质量含量的0-0.05％(优选0.005％-0.05％)，双氧水的添加量为淀粉的质量含量的1％-30％；

向混合溶液中加入亚硫酸氢钠，搅拌10min-30min，调节pH至3-7，抽滤脱水，洗涤烘干，粉碎筛分得氧化淀粉固体粉末；亚硫酸氢钠的添加量为淀粉质量含量的0.05％-0.5％；

向氧化淀粉固体粉末中加入聚丙烯酸，在惰性气体保护下，在80℃-200℃下反应4h-16h，冷冻干燥得到锂离子电池负极聚合物粘结剂；氧化淀粉固体粉末和聚丙烯酸的质量比为1:(0.5-5)。

本发明的锂离子电池负极聚合物粘结剂的制备方法通过碱性条件下双氧水氧化作用制备氧化淀粉(OS)，在通过羟羧缩合反应，将聚丙烯酸(PAA)与氧化淀粉(OS)反应制备OS-PAA。该OS-PAA具有三维网状结构，可以缓解由硅颗粒的体积膨胀带来的粉体脱落现象，进而增强电池的循环性能。

本发明的粘结剂的制备方法包括制备淀粉乳液的步骤。具体是将淀粉配置成淀粉乳液，加入NaOH溶液，将淀粉乳液的pH调制为碱性。

在本发明中，浓度用波美粘度计进行测定，pH的测试采用pH试笔检测。

在本发明的一具体实施方式中，淀粉乳液的浓度为15Be-至30Be-，该浓度下淀粉氧化反应更易进行。

在本发明的一具体实施方式中，淀粉乳液的pH为7-10。

在本发明的一具体实施方式中，浓度为15Be-至30Be-，pH为7-10的淀粉乳液是通过以下步骤制备得到的：