[发明专利]一种锂电池负极硅基材料粘结剂

说明书

本发明公开了一种锂电池负极硅基材料粘结剂，按质量百分含量计，该粘结剂包括40.6‑54.3％的魔芋胶‑丙烯酸接枝共聚物、22.6‑28.7％的瓜尔胶、10.5‑19.7％的海藻酸钠、0‑5％的端羟基聚丁二烯，余量为去离子水。本发明能够使硅颗粒在分化后仍保持电子接触，有效增强粘结剂的粘附力，从而可以有效容纳硅的体积膨胀，实现优异的电化学性能，有效提高负极循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种锂电池负极硅基材料粘结剂。

背景技术

硅基负极材料具有很高的理论储锂比容量(4200mA·h/g)和较低的脱锂电位(0.5V)以及资源丰富和价格低廉等优点，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。但是，硅作为负极材料在电池(去)锂化过程中体积变化巨大(Li₁₅Si₄约为290％，Li₂₂Si₅约为320％)，严重限制了硅基负极材料在商业上的应用。巨大的体积变化会导致电池(去)锂化时硅颗粒破裂及粉碎、活性材料的脱落、固体电解质界面不稳定。

为了解决硅的大体积变化这一问题，相较于制备工艺复杂、成本高的材料改性而言，简单有效的方案是制备硅基负极专用粘结剂。目前常用的锂离子电池粘结剂包括苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈的多元共聚物(LA系列聚合物)以及聚偏氟乙烯(PVDF)类。SBR与极性电解液的亲和性较差，导致充放电过程中锂离子在粘结剂中传导困难，电池内阻增加，难以满足锂电池尤其是动力电池对大倍率充放电的需求。LA系列聚合物玻璃化转变温度过高，极片易变硬变脆，致使其加工性能差。例如，在涂布过程中易开裂，在辊压后易产生条纹，这些都制约了其在锂电池尤其是动力电池中的应用。传统PVDF(分子量约为100万)虽然具有较好的电化学稳定性，优异的柔韧性，但是其与电解液中的丙烯碳酸酯作用时容易发生溶胀，造成电极结构变形，同时其粘结力降低，导致电池的循环性能变差，这限制了PVDF在抑制硅基负极膨胀方面的应用。因此有必要开发新型的锂电池负极硅基材料粘结剂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种锂电池负极硅基材料粘结剂，能够使硅颗粒在分化后仍保持电子接触，有效增强粘结剂的粘附力，从而可以有效容纳硅的体积膨胀，实现优异的电化学性能，有效提高负极循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

按质量百分含量计，该粘结剂包括40.6-54.3％的魔芋胶-丙烯酸接枝共聚物、22.6-28.7％的瓜尔胶、10.5-19.7％的海藻酸钠、0-5％的端羟基聚丁二烯，余量为去离子水。

按质量百分含量计，该粘结剂包括45-50.1％的魔芋胶-丙烯酸接枝共聚物、22.6-24.5％的瓜尔胶、12.5-19.7％的海藻酸钠、0-4％的端羟基聚丁二烯，余量为去离子水。

所述粘结剂由瓜尔胶先溶于去离子水再加入海藻酸钠、魔芋胶-丙烯酸接枝共聚物、加入或不加入端羟基聚丁二烯后经搅拌均匀制成。

瓜尔胶溶于去离子水的步骤是：按比例加入瓜尔胶与去离子水，在通氮气及室温条件下搅拌溶解。

所述魔芋胶-丙烯酸接枝共聚物通过以下方法制得：在常温下将魔芋胶溶于去离子水，加入1/3过硫酸钾引发剂，搅拌混合15min后通入氮气并升温至70-80℃，滴加丙烯酸与剩余过硫酸钾引发剂的混合液，继续搅拌反应2-3h，反应结束后过滤并采用乙醇洗涤粗产品，再经干燥处理后，获得最终产物。

所述魔芋胶与去离子水、过硫酸钾的用量比为1g：500ml：0.13g。