一种二次电池负极材料粘结剂及其制备方法与流程

本申请涉及二次电池，特别涉及一种二次电池负极材料粘结剂及其制备方法。

背景技术：

1、电化学储能技术方便灵活，效率高，环境适应性好等优点，目前已进入商业运营阶段，其中，二次电池的电极材料的性能是影响其工作性能的关键因素之一。

2、在负极材料方面，硬碳材料具有碳源易得、制备方法灵活、结构可调控性高等优点，极具商业化应用潜力。在硬碳材料的众多前驱体中，生物质硬碳材料因来源丰富、成本低廉等优点而备受青睐。但生物质基硬碳负极材料的孔结构及比表面积较大使其容易出现掉料的问题，降低了电池的循环稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述问题，本申请提供一种二次电池负极材料粘结剂及其制备方法，该负极材料粘结剂能够解决生物质基硬碳负极材料容易掉料的问题。具体技术方案如下：

2、第一方面，本申请提供一种二次电池负极材料粘结剂，所述粘结剂包括具有式(1)所示结构的改性聚丙烯酸共聚物：

3、

4、

5、其中，r1选自c1至c12的烷基基团中的一种或c1至c12的烯基基团中的一种；r2选自钠离子或锂离子；m为1000-2600、n为800-2400。

6、另一方面，本申请提供一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

7、将聚丙烯酸溶于水中，得到聚丙烯酸水溶液；

8、向所述聚丙烯酸水溶液中加入促反应剂，搅拌混合，得到待反应液，所述促反应剂包括表面活性剂和交联剂；

9、向所述待反应液中加入具有预设结构的磺酸盐，搅拌反应，得到反应混合物，所述具有预设结构的磺酸盐具有式(2)所示的结构；

10、将所述反应混合物经浓缩、透析、干燥处理，得到所述二次电池负极材料粘结剂，所述二次电池负极材料粘结剂包括所述改性聚丙烯酸共聚物；

11、

12、其中，r1选自c1至c12的烷基基团中的一种或c1至c12的烯基基团中的一种；r2选自钠离子或锂离子。

13、可能的实施方式中，所述聚丙烯酸与所述具有预设结构的磺酸盐的质量比为1:(0.2-0.5)。

14、可能的实施方式中，所述促反应剂与所述聚丙烯酸的质量比为(0.1-0.6):1。

15、可能的实施方式中，所述表面活性剂和所述交联剂的质量比为1:(0.3-1)。

16、可能的实施方式中，满足下述特征中的至少其一：

17、所述表面活性剂包括二氯乙烷、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；

18、所述交联剂包括n-羟基丁二酰亚胺、二乙三胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。

19、可能的实施方式中，所述聚丙烯酸水溶液的ph为4.5-7。

20、可能的实施方式中，所述向所述待反应液中加入具有预设结构的磺酸盐，搅拌反应的步骤中，采用的反应时间为20-30h。

21、第二方面，本申请提供一种二次电池负极极片，包括前述的二次电池负极材料粘结剂。

22、第三方面，本申请提供一种二次电池，包括前述的二次电池负极极片。

23、基于上述技术方案，本申请具有以下有益效果：

24、本申请提供一种二次电池负极材料粘结剂，该粘结剂包括改性聚丙烯酸共聚物，改性聚丙烯酸共聚物中同时包含羧酸侧链和磺酸盐侧链，改性聚丙烯酸共聚物中m为1000-2600、n为800-2400，通过控制m和n的取值至上述范围所得到的改性聚丙烯酸共聚物用于二次电池中具有如下作用：第一，羧酸侧链中的羧酸分子在电池首次循环过程中会生成羧酸钠/羧酸锂，生成的羧酸钠/羧酸锂会将硬碳负极包覆，在硬碳负极表面生成保护层，解决了硬碳负极容易掉料的问题，保证了硬碳负极的完整性，提高了二次电池的首次效率和循环稳定性；第二，磺酸盐侧链中的钠离子/锂离子不稳定，容易解离脱嵌，磺酸盐侧链中的钠离子/锂离子能够参与二次电池循环，使得二次电池循环过程钠离子/锂离子数量变多，提高了二次电池工作过程中钠离子/锂离子的传输速度，从而提升电池的快充性能；第三，在二次电池的长期使用过程中，会因为老化或者受到外力，对聚丙烯酸粘结剂上的羧酸钠/羧酸锂侧链造成破坏，羧酸钠/羧酸锂侧链稳定性不佳，在长期使用过程中可能会发生断裂与主链分离，从而影响粘结剂发挥粘结作用，本申请的粘结剂包含稳定性较高的磺酸根侧链，稳定性较高的磺酸根侧链与羧酸钠/羧酸锂侧链之间存在相互作用力，使得磺酸根侧链与羧酸钠/羧酸锂侧链相互交联，从而降低羧酸钠/羧酸锂侧链与主链断裂分离的可能性，使该粘结剂具有良好的稳定性，能够长期保护二次电池负极材料，保证负极材料的完整性，进一步提高了二次电池的循环稳定性。综上，本申请提供的二次电池负极材料粘结剂能够解决硬碳负极容易掉料的问题，保证了硬碳负极的完整性，提高了二次电池的首次效率和循环稳定性。

技术特征：

1.一种二次电池负极材料粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括具有式(1)所示结构的改性聚丙烯酸共聚物：

2.权利要求1中所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2中所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸与所述具有预设结构的磺酸盐的质量比为1:(0.2-0.5)。

4.根据权利要求2所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，所述促反应剂与所述聚丙烯酸的质量比为(0.1-0.6):1。

5.根据权利要求2所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂和所述交联剂的质量比为1:(0.3-1)。

6.根据权利要求2-5中任一所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，满足下述特征中的至少其一：

7.根据权利要求2-5中任一所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸水溶液的ph为4.5-7。

8.根据权利要求2-5中任一所述的一种二次电池负极材料粘结剂的制备方法，其特征在于，所述向所述待反应液中加入具有预设结构的磺酸盐，搅拌反应的步骤中，采用的反应时间为20-30h。

9.一种二次电池负极极片，其特征在于，包括权利要求1所述的二次电池负极材料粘结剂。

10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求9所述的二次电池负极极片。

技术总结本申请涉及二次电池技术领域，特别涉及一种二次电池负极材料粘结剂及其制备方法。本申请提供一种二次电池负极材料粘结剂，该粘结剂包括改性聚丙烯酸共聚物，改性聚丙烯酸共聚物由具有预设结构的磺酸盐与聚丙烯酸反应生成，改性聚丙烯酸共聚物中包含羧酸侧链和磺酸盐侧链，该粘结剂用于二次电池中，羧酸侧链中的羧酸分子在电池首次循环过程中生成羧酸钠/羧酸锂，在硬碳负极表面生成保护层，将硬碳负极包覆住，从而解决了生物质基硬碳负极容易掉料的问题，提高了电池的首次效率和循环稳定性。技术研发人员：汤葱葱,闻子豪,孔明哲受保护的技术使用者：江苏众钠能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26