[发明专利]一种硅碳负极材料粘合剂及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种硅碳负极材料粘合剂及其制备方法及应用，该粘合剂为两亲性共聚物，该粘合剂中通过将聚乙酸乙烯酯和聚丙烯酸共聚并调控两者的比例，实现了疏水聚合物和亲水聚合物的有机统一，制备出的两亲性共聚物粘合剂能够在水中均匀分散和溶解，从而分别发挥出聚乙酸乙烯酯对碳的粘合作用和聚丙烯酸对硅的粘合作用；粘合剂表现出多功能的特点，聚乙酸乙烯酯通过疏水相互作用粘碳，聚丙烯酸能够通过氢键作用粘硅，同时通过引入一水氢氧化锂调节聚合物的pH，减少羧基基团的产气问题。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种硅碳负极材料粘合剂及其制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于电动汽车，3C产品以及可再生能源和智能电网的储能设备中。目前商品化锂离子电池的正极材料以氧化物正极材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等为主；负极材料是石墨以及以石墨为前躯体的各种碳材料。虽然碳材料具有良好的可逆充放电性能，但是其理论容量低(372mAh/g)，高倍率充放电性能差。并且当电池过充电时，碳材料表面易形成锂枝晶，引起短路，产生安全隐患。由于碳材料已经很难满足当今电子信息、能源技术飞速发展的需要，因此开发新型且可靠的高容量锂离子电池负极材料成为高性能锂离子电池发展的技术瓶颈。

硅可作为锂离子电池的负极材料，并且以其高的质量比容量(4200mAh/g)和材料丰富、价格低廉等优点越来越受到重视。但是硅负极材料在充放电过程中产生巨大的体积变化，导致电极容量衰减快，循环性能差，难以商业化。硅碳材料结合了硅和碳两种材料的优点，在呈现出高比容量的同时也保证了充放电过程中优异的力学性能，具有广阔的商业前景。

强健的粘结剂是硅碳负极材料应用的先决条件。在锂离子电池中，粘结剂是将活性材料和导电添加剂粘结到集流体上，形成电子导路，保证电池正常运行的高分子材料。在充放电过程中，粘结剂有效地维持电极结构完整，确保电极材料能够可重复的嵌脱锂，但在粘合剂方面，目前针对硅碳材料的粘合剂研究较少，被广泛报道的主要是纯硅粘合剂，其大多是通过与纯硅表面的极性官能团建立相互作用而实现粘合，而硅碳材料中由于碳的引入，其表面性质与纯硅不尽相同，硅表面亲水，而碳表面疏水，适用于纯硅材料的粘合剂可能并不适用于硅碳材料，因此需要在纯硅粘合剂的基础上进一步开发适用于硅碳复合材料的粘合剂。

与此同时，针对商业化电极中，想要提高能量密度，粘合剂用量都偏少，约为5％以下，还得经历辊压等加工过程，极片往往在这一过程中出现掉粉破裂情况，严重影响极片完整性，由此看来提高极片的柔韧性及粘附力具有重大意义，粘合剂作为维持电极稳定的作用就显得愈发重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种硅碳负极材料粘合剂及其制备方法及应用，以解决现有技术中适用于硅碳负极材料的粘合剂的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种硅碳负极材料粘合剂，所述粘合剂为聚乙酸乙烯酯-co-聚丙烯酸锂-co-聚丙烯酸，其分子结构式为：

其中：x：y：z＝30:(10～20):(50～60)。

一种硅碳负极材料粘合剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将聚乙烯醇和乳化剂依次加入水中，加热溶解后，冷却备用得到溶液A；

步骤2，将丙烯酸、一水氢氧化锂和乙酸乙烯酯依次溶于溶液A中，向混合溶液中鼓泡后加入引发剂，形成反应体系B，加热反应体系B，反应后生成共聚物C，所述共聚物C为聚乙酸乙烯酯-co-聚丙烯酸；

步骤3，向共聚物C中加入一水氢氧化锂水溶液，加热反应后获得聚乙酸乙烯酯-co-聚丙烯酸锂-co-聚丙烯酸。

本发明的进一步改进在于：