锂离子电池粘结剂、包含该粘结剂的硅基负极片及硅基负极片的制备方法

本发明属于功能材料，涉及锂离子电池粘结剂，具体涉及锂离子电池粘结剂、包含该粘结剂的硅基负极片及硅基负极片的制备方法。

背景技术：

1、锂电池浆料是由活性物质、粘结剂、导电剂及溶剂组成。活性物质、导电剂、溶剂对集流体没有粘附性，需要通过粘结剂将各种颗粒粘结在一起形成具有粘附性的浆料，将其与集流体紧密粘结在一起。

2、电极粘结剂是锂离子电池中重要的辅助功能材料之一，对电极的生产工艺和电池的电化学性能有着重要的影响。锂离子电池粘结剂是一种高分子化合物，主要作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体，使它们之间具有整体的连接性，从而减小电极的阻抗，同时使电极片具有良好的机械性能和可加工性能。粘合剂能够与电极活性材料和导电剂等表面形成物理或化学吸附，使颗粒之间产生吸引力，从而实现粘附作用。这种粘附作用有助于防止电极材料的颗粒剥离和团聚，提高电极的结构稳定性。

3、硅基负极片中，由于硅基活性材料在离子的嵌入/脱出过程中会产生较大的体积膨胀和结构变化，容易导致电极结构的完整性被破坏，而现有的粘结剂刚性较大，难以克服硅基活性材料的体积膨胀，且在多次充放电后导致电极的导电性能下降，进而影响电池的稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供锂离子电池粘结剂、包含该粘结剂的硅基负极片及硅基负极片的制备方法，能够缓解充放电过程中硅基材料体积膨胀、增强硅基负极片的稳定性，改善电池的循环性能，提高电池的充放电效率和使用寿命。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种锂离子电池粘结剂，原料以重量份数计，包括：40-50份聚丙烯酸、30-40份羧甲基纤维素钠、3-6份表面活性剂、25-50份水、1-2.5份羟丙基磷酸双淀粉及0.2-1.1份纳米添加剂。

4、优选的，所述的纳米添加剂的组分包括重量比为1:(0.5-0.8)的氧化锌纳米颗粒和镍基纳米材料。

5、进一步的，所述的氧化锌纳米颗粒的粒径为50-150nm。

6、优选的，所述的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠或op-10。

7、优选的，所述的镍基纳米材料的制备方法包括：

8、步骤一、称取六水合氯化镍至反应釜中，向所述反应釜中依次添加n,n-二甲基甲酰胺和水，搅拌10-15min，得到第一混合液；

9、步骤二、向所述的第一混合液中加入磷酸，继续搅拌10-15min，得到第二混合液；

10、步骤三、将所述的第二混合液在温度为120-130℃的条件下反应10-28h，冷却至室温，得到第三混合液；

11、步骤四、将所述第三混合液离心处理，得到液相和固相，将所述固相通过乙醇洗涤3-5次得到镍基纳米材料初产物，将所述镍基纳米材料初产物进行干燥，获得镍基纳米材料；

12、其中，所述六水合氯化镍、磷酸、n,n-二甲基甲酰胺和水的重量体积比为(20-25)g:(10-25)g：(500-900)ml：(200-400)ml。

13、本发明还保护一种硅基负极片，原料包括如上所述的锂离子电池粘结剂、含硅活性材料、导电助剂及集流体。

14、优选的，所述的锂离子电池粘结剂、含硅活性材料和导电助剂的重量比为(0.3-1.5)：(5-12)：(0.5-1.5)。

15、进一步的，所述的含硅活性材料包括纳米硅或硅氧化物。

16、进一步的，所述的导电助剂包括乙炔黑、碳纳米管或石墨烯。

17、本发明还保护一种如上所述的硅基负极片的制备方法，包括以下步骤：

18、1)按重量份数取聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、表面活性剂、羟丙基磷酸双淀粉、纳米添加剂及水搅拌混合均匀，得到锂离子电池粘结剂；

19、2)按重量份数取步骤1)制备的锂离子电池粘结剂、含硅活性材料和导电助剂混合，加入重量占比50-70％的去离子水并搅拌得到负极浆料；

20、3)将步骤2)制备的负极浆料涂布于集流体上，干燥，冲压成型，得到硅基负极片。

21、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

22、本发明通过在粘结剂中添加聚丙烯酸，能够在硅活性材料和集流体之间形成氢键，同时还具有缓解硅基材料体积膨胀的作用，还能够改善电池的循环性能，提高电池的寿命；羧甲基纤维素钠和羟丙基磷酸双淀粉遇水具有较好的粘度，进一步提高粘结剂的粘结性能，同时纳米添加剂的加入，能够降低粘结剂的刚性，在电极使用过程中，硅基活性材料的体积膨胀、结构产生变化时，纳米添加剂能够起到一定的缓冲作用，降低粘结剂的刚性和脆性，使得粘结剂在提供粘结作用的同时，能够为硅基负极片使用过程中的膨胀起到缓冲作用，大大降低硅基负极片的结构变化，进而提高电池的稳定性，延长电池的使用寿命，同时，纳米添加剂能够提供电子传导路径，促进电极材料之间的电子传输，提高电极的电导性；

23、本发明通过溶剂热法合成镍基纳米材料，镍基纳米材料具有较好的导电性，对提高硅基负极片的导电性能具有很好的促进作用，同时镍基纳米材料为纤维状的柔性结构，能够改善粘结剂的刚性结构，在硅基负极片工作过程中，硅基负极片会发生体积膨胀、结构发生变化的情况，柔性镍基纳米材料的添加能够在粘结剂内部形成柔性的连接，大大降低粘结剂刚性的同时，在硅基负极片结构形变时起到很好的缓冲作用，有助于硅基负极片的结构稳定，对硅基负极片长期稳定使用具有很好的促进作用，进而能够提高了硅基负极片的充放电效率和使用寿命。

技术特征：

1.一种锂离子电池粘结剂，其特征在于，原料以重量份数计，包括：40-50份聚丙烯酸、30-40份羧甲基纤维素钠、3-6份表面活性剂、25-50份水、1-2.5份羟丙基磷酸双淀粉及0.2-1.1份纳米添加剂。

2.如权利要求1所述的锂离子电池粘结剂，其特征在于，所述的纳米添加剂的组分包括重量比为1:(0.5-0.8)的氧化锌纳米颗粒和镍基纳米材料。

3.如权利要求2所述的锂离子电池粘结剂，其特征在于，所述的氧化锌纳米颗粒的粒径为50-150nm。

4.如权利要求1所述的锂离子电池粘结剂，其特征在于，所述的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠或op-10。

5.如权利要求2所述的锂离子电池粘结剂，其特征在于，所述的镍基纳米材料的制备方法包括：

6.一种硅基负极片，其特征在于，原料包括如权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池粘结剂、含硅活性材料、导电助剂及集流体。

7.如权利要求6所述的硅基负极片，其特征在于，所述的锂离子电池粘结剂、含硅活性材料和导电助剂的重量比为(0.3-1.5)：(5-12)：(0.5-1.5)。

8.如权利要求6或7所述的硅基负极片，其特征在于，所述的含硅活性材料包括纳米硅或硅氧化物。

9.如权利要求6或7所述的硅基负极片，其特征在于，所述的导电助剂包括乙炔黑、碳纳米管或石墨烯。

10.一种如权利要求6-9中任一项所述的硅基负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种锂离子电池粘结剂、包含该粘结剂的硅基负极片及硅基负极片的制备方法，锂离子电池粘结剂，原料以重量份数计，包括：40‑50份聚丙烯酸、30‑40份羧甲基纤维素钠、3‑6份表面活性剂、25‑50份水、1‑2.5份羟丙基磷酸双淀粉及0.2‑1.1份纳米添加剂，硅基负极片原料包括重量比为(0.3‑1.5)：(5‑12)：(0.5‑1.5)锂离子电池粘结剂、含硅活性材料和导电助剂；按重量份数取锂离子电池粘结剂、含硅活性材料和导电助剂混合，加入重量占比50‑70％的去离子水并搅拌得到负极浆料；将负极浆料涂布于集流体上，干燥，冲压成型，得到硅基负极片，应用于锂离子电池中能够缓解充放电过程中硅基材料体积膨胀、增强稳定性，改善电池的循环性能，提高电池的充放电效率和使用寿命。技术研发人员：杜滕,苗宗成,赵玉真,贺泽民,宋文琦,牛辉哲受保护的技术使用者：西京学院技术研发日：技术公布日：2024/7/29