[发明专利]一种锂离子电池硅负极粘结剂及其电极制备方法和应用

说明书

一种锂离子电池硅负极粘结剂及其电极制备方法和应用。该锂离子电池硅负极粘结剂是由质量比为10‑1：1‑10的聚偏氟乙烯与聚乙烯醇组成的。本发明的粘结剂作为锂离子电池硅负极粘结剂可以在提高电极整体粘附力的基础上，有效抑制电极的不可逆锂消耗。

技术领域

本发明涉及一种粘结剂，尤其涉及一种锂离子电池硅负极粘结剂，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着新能源汽车的发展，发展高比能、高功率、长寿命负极材料已经成为锂离子电池的研究热点之一。硅因自身具有理论比容量高(4200mAh/g)、放电电压低，且储量丰富、价格低廉等优势，被广泛关注。然而，硅在充放电后体积效应巨大(300％)，导致硅颗粒粉化甚至从集流体脱落失去电化学活性，使其循环稳定性差，限制了硅负极的商业化应用。因而，缓冲硅在嵌锂过程中的体积膨胀，提高硅负极循环稳定性，成为克服硅基材料缺点的主攻方向。

粘结剂是电极的重要组成部分，其主要作用是连接电极活性材料、导电剂和集流体。粘结剂的选择会显著影响电极的电化学性能。PVDF是应用最广泛的油性粘结剂，其具有良好的化学稳定性、热稳定性、机械性能、加工性能和分散性能，在传统碳材料电极中能够表现出良好的电化学性能。然而，随着硅基材料的发展，PVDF已经不能满足当前的应用需求。

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可以在提高电极整体粘附力的基础上，有效抑制电极的不可逆锂消耗的粘结剂。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锂离子电池硅负极粘结剂，该锂离子电池硅负极粘结剂是由质量比为10-1:1-10的聚偏氟乙烯与聚乙烯醇组成的。

在本发明的一具体实施方式中，该锂离子电池硅负极粘结剂是由聚偏氟乙烯与聚乙烯醇添加到溶剂中形成的。

在本发明的一具体实施方式中，采用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

在本发明的一具体实施方式中，聚偏氟乙烯与聚乙烯醇添加到溶剂中形成的溶液的质量浓度为1wt％-20wt％。

本发明还提供了一种锂离子电池硅负极，该锂离子电池硅负极含有本发明的锂离子电池硅负极粘结剂。

本发明还提供了一种上述锂离子电池硅负极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

将聚偏氟乙烯与聚乙烯醇溶于溶剂中混合均匀，得到粘结剂溶液；

将硅和导电剂加入粘结剂溶液中分散均匀，得到电极浆料；其中，硅、导电剂和粘结剂的质量比为7-9：1-2：1-2；

将电极浆料涂布于铜集流体上，干燥后压制、分切和烘干，得到硅负极。

在本发明的一具体实施方式中，硅包括纯硅、二氧化硅、氧化亚硅。采用的导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯中的一种或多种的组合。

在本发明的一具体实施方式中，干燥的温度为110℃-130℃(优选120℃)，干燥的时间为15h-17h(优选16h)。

本发明又提供了一种锂离子电池，该锂离子电池含有本发明的上述的锂离子电池硅负极。

本发明的锂离子电池硅负极粘结剂将PVDF与PVA复合作为硅负极粘结剂，保留了PVDF优异的机械性能和分散性能，同时PVA中的羟基与活性材料表面的含氧官能团以及PVDF中的氟形成的氢键作用，可以进一步提高电极整体的粘附力，从而有效缓解硅的体积膨胀。当将PVDF/PVA复合粘结剂应用于锂离子电池硅负极时，其首次可逆比容量可以达到3309mAh/g，比以PVDF作为粘结剂的硅负极提高了702mAh/g，首次库伦效率提高了17％。由本发明的硅负极粘结剂得到的硅负极在0.5C循环150圈后，仍有1095mAh/g的比容量，而以单独PVDF作为粘结剂的硅负极循环30圈后容量就迅速降到50mAh/g。