[发明专利]一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用

说明书

本发明公开一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用，锂离子电池硅基负极活性物质层的活性物质为硅，粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸的共聚物；多巴酸物质的量与聚乙烯亚胺中胺基总数的物质的量的比为1:3‑1:2，粘结剂占硅基负极活性物质层总质量的0.5‑1.5%，聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺，该锂离子电池硅基负极粘结剂包括的多巴结构具有活性羟基，可与硅颗粒形成更多氢键或共价键以提高对硅的粘结力，且增强集流体和硅基负极之间的粘附性，提升锂离子电池的倍率性能和稳定性；聚乙烯亚胺为富胺基聚合物，富余的胺基与多巴结构中的羟基形成复配效应，有效规避多巴容易自聚且自聚程度不易控制及负极浆料沉降的问题。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用。

背景技术

硅基负极由于具有远高于石墨负极的理论容量，而得到了广泛的关注，但硅基负极在实际过程中的体积膨胀率是阻碍其进一步应用的最大障碍。巨大的体积膨胀导致内部机械结构失效，甚至与集流体发生脱离，接触电阻进一步增大等，在很大程度上影响硅基负极在锂离子电池上的应用。硅基材料的粘结剂是影响电极首效和后续循环稳定性的关键因素之一，粘结力弱的粘结剂无法保持硅活性材料之间的电接触活性，会导致电极首效偏低和后续比容量衰减，影响高能量密度电池性能的实现。比如传统粘结剂中，PVDF刚性较大，通过较弱的范德华力与硅粒子结合，难以维持硅基负极长久循环下的体积变化；而以CMC为粘结剂的硅基负极中，CMC的羧基基团(－COOH)和硅复合物表面的烃基基团(－OH)产生脱水反应，形成了较强的共价连接，增强了电极结构的完整性，但是CMC 刚性大、断裂伸长率低(5%～8%)，刚性聚合物粘结剂不能完全消除应力，因此在重复的循环过程中往往会产生裂缝，导致电池比容量衰减明显。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种锂离子电池硅基负极及其制备方法、应用，能有效提高对硅的粘结力且增强集流体和硅基负极之间的粘附性，提高电池性能。

为解决上述技术问题，本发明提出如下第一技术方案：

一种锂离子电池硅基负极，其硅基负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，聚乙烯亚胺溶液与多巴酸通过酰胺化反应得到所述粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯亚胺接枝多巴酸获得的共聚物；

所述多巴酸的物质的量与所述聚乙烯亚胺中胺基总数的物质的量的比为1:3-1:2；

所述负极活性物质为硅；

所述粘结剂占所述硅基负极活性物质层的总质量的0.5-1.5%；

优选地，所述粘结剂占硅基负极活性物质层的总质量的0.5-0.8%。

所述聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺中叔胺数量占胺基总数的25%-33%。

在一种较佳的实施方式中，所述聚乙烯亚胺的分子量为10000-270000。

优选地，所述聚乙烯亚胺的分子量为50000-200000。

在一种较佳的实施方式中，所述聚乙烯亚胺中叔胺数量占胺基总数的25%-33%。

在一种较佳的实施方式中，所述聚乙烯亚胺为超支化聚乙烯亚胺；

更进一步的，所述聚乙烯亚胺中的叔胺、仲胺、伯胺的物质的量的比为1:1:1或1:2:1。

所述负极活性物质、导电剂及所述粘结剂的质量比为94-98%:1-3%:0.5-1.5%。

本发明还提出如下第二技术方案：

一种锂离子电池硅基负极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将聚乙烯亚胺溶于溶剂A中，调节溶液pH7，得聚乙烯亚胺溶液；