[发明专利]一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用，该粘合剂由丙酰胺和丙烯酸共聚而成，随后通过引入Fe³⁺与COO‑之间形成例子配位键，增强粘合剂的力学性能。本发明粘合剂制备方法简单，稳定性好，粘附力高，化学交联网状结构可以有效提高大体积膨胀下电极结构的稳定性，其中的双重氢键和配位键，共同提升粘合剂的粘附力，在硅负极发生大体积形变时，一部分低能量氢键断裂耗散体积变化造成的应力堆积，高能配位键和交联网状结构维持电极结构的稳定性。由该粘合剂制备的负极表现出良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用。

背景技术

随着能源问题和环境问题的日益突出，锂离子电池由于具有质量轻，体积小，比容量高等优势，已用于3C产品(手机、笔记本电脑，数码相机)、电动汽车、无人机、航空航天等新型高技术领域。但随着更高理论容量硅负极材料的出现，锂离子电池负极在充放电过程中存在巨大的体积膨胀，导致电极结构失效，大大缩短了电池的循环寿命，限制了锂离子电池的应用。

造成锂离子电池高循环寿命衰减的原因主要是负极的破坏。一方面，硅负极在锂离子嵌入和脱出的过程中会发生高达400％的体积膨胀，导致负极活性颗粒严重粉化，电极结构破坏，电极和电解质之间的界面(SEI层)破裂并暴露出新的活性表面，不断与电解液发生副反应，消耗电解液形成厚的SEI。另一方面，商业化负极粘合剂聚丙烯酸(PAA)是硬脆的线性聚合物，机械强度和粘合力不足，大体积变化时容易连接失效，丧失电极结构稳定性和导电性，导致电池性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用，已解决现有技术中电极和电解质支架的界面易于破裂并暴露出新的活性表面，同时聚丙烯酸易连接失效，丧失电极结构稳定性和导电性的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种配位键增强的负极粘合剂，化学结构式为：

其中，m为85～244，n为10～28，t为3～9。

一种配位键增强的负极粘合剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体溶于N,N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后获得混合溶液；

步骤2，在混合溶液中加入引发剂，同时向反应体系中鼓入保护气体，获得反应体系；

步骤3，将反应体系升温进行聚合反应，获得产物体系；

步骤4，透析产物体系，获得反应产物，冷冻干燥反应产物，获得丙酰胺-丙烯酸共聚物粘合剂；

步骤5，将丙酰胺-丙烯酸共聚物粘合剂溶于水中，加入丙烯酸单体摩尔量的0.1％～1wt％的FeCl₃溶液，获得最终的负极粘合剂。

本发明的进一步改进在于：

优选的，丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体的摩尔比为(7～9)：(1～3)。

优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵或过硫酸钾。

优选的，步骤2中，引发剂的加入量为丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体总质量的0.6～1.2％。

优选的，步骤3中，聚合反应温度为60～80℃，聚合反应时间为8～12小时。

优选的，步骤4中，冷冻干燥时间大于8h。

一种配位键增强的负极粘合剂的应用，所述负极粘合剂用于锂电子电池中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：