粘结剂组合物及其制备方法、负极极片和锂离子电池与流程

本申请涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种粘结剂组合物及其制备方法、负极极片和锂离子电池。

背景技术：

1、由于具备能量密度高、循环性能良好等优势，目前石墨材料已成为锂离子电池负极材料中的主导产品。但随着锂离子电池迅速发展，追求更高能量密度势在必行，石墨理论克容量(372mah/g)发挥已趋于极限，其能量密度成为制约锂离子电池更进一步突破的关键。

2、为提升锂离子电池的能量密度，具有更高理论克容量(～4200mah/g)的硅材料得到广泛关注，但是硅材料本身在充放电过程中由于体积膨胀率过大从而限制其应用，在锂电行业内更加成熟的解决方案是对硅材料进行纳米化加碳包覆，只要将硅颗粒缩小至150nm以下，其膨胀率就会显著地从300％下降到30％左右，再将外层进行碳包覆，可以起到缓冲层作用，从而进一步降低硅基负极的体积膨胀。复合硅基材料如纳米硅碳材料(>1600mah/g)与氧化亚硅(>1200mah/g)，虽然可以有效降低硅基负极的膨胀，但这些材料往往伴随着不稳定的因素。例如，包覆不完整或者匀浆过程中的捏合作用破坏包覆层以导致纳米硅暴露出来，并与氢氧根离子反应产生气体，导致电极片的外观与首效发挥都出现劣化。

技术实现思路

1、本申请提供一种粘结剂组合物及其制备方法、负极极片和锂离子电池，不仅可以提高电极片的循环稳定性，还提高了锂离子的传输效率。

2、具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

3、本申请提供了一种粘结剂组合物，包括如下成分：

4、单官能度丙烯酸酯单体(50～70重量份)、含有碳原子数1-18疏水性侧基的丙烯酸酯单体(3～15重量份)、多官能度丙烯酸酯单体(1.8～6.4重量份)、自由基引发剂(0.3～1.5重量份)、催化剂(0.5～1.5重量份)和溶剂(200～400重量份)。

5、可选地，粘结剂组合物还包括：

6、丙烯酸单体(1～9重量份)和/或功能性单体(10～30重量份)，所述功能性单体包括丙烯腈、丙烯酰胺和磺酸酯中的至少一种。

7、可选地，所述粘结剂组合物，满足以下条件中的至少一个：

8、a、所述单官能度丙烯酸酯单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丙酯中的至少一种；

9、b、所述含有碳原子数1-18疏水性侧基包括烷烃、取代烷烃、硅氧烷烃、烯烃、芳基和醚基中的至少一种；

10、c、所述多官能度丙烯酸酯单体包括乙二醇二丙烯酸酯、羟甲基三丙烯酸酯和二季戊四醇五丙烯酸酯中的至少一种；

11、d、所述自由基引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种；

12、e、所述催化剂包括氧化铜、硫化亚铜、硒化亚铜、碲化亚铜、溴化铜、二氧化锰中至少一种金属化合物；

13、f、所述溶剂为有机溶剂，所述有机溶剂包括二甲基亚砜(dmso)、n,n-二甲基酰胺(dmf)、甲苯和丙酮中的至少一种；

14、g、所述粘结剂组合物的重均分子量为50w g/mol～200w g/mol。

15、本申请还提供了一种如上述任一所述的粘结剂组合物的制备方法，包括：

16、向溶剂中先添加自由基引发剂，再向所述溶剂中加入单官能度丙烯酸酯单体和含有碳原子数1-18疏水性侧基的丙烯酸酯单体，在第一温度下反应第一时长，得到中间产物；

17、向中间产物中继续添加多官能度丙烯酸酯单体与催化剂，在第二温度下反应第二时长，经减压蒸馏得到粘结剂组合物。

18、可选地，在向溶剂中添加自由基引发剂之后，还包括向所述溶剂中加入丙烯酸单体和/或功能性单体；

19、可选地，所述第一温度为60～140℃，所述第一时长为2～6h；所述第二温度为60～140℃，所述第二反应时间为0.5～2h。

20、本申请还提供了一种负极浆料，包括：含硅元素的活性材料、导电剂、有机分散剂、有机溶剂和上述任一所述的粘结剂组合物；

21、所述含硅元素的活性材料、导电剂、有机分散剂、有机溶剂和粘结剂组合物的重量份数比为(90～98)：(0.1～5.0)：(0.2～2.0)：(100～200)：(0.5～10.0)。

22、可选地，所述负极浆料满足以下条件中的至少一个：

23、h、所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，所述第一导电剂包括颗粒状导电材料，所述第二导电剂包括管状导电材料；所述第一导电剂和所述第二导电剂的重量份数比为(0.0～2.0)：(0.1～3.0)；

24、i、所述有机分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚醚类分散剂和聚酯类分散剂中的至少一种；

25、j、所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)和n,n-二甲基酰胺(dmf)中的至少一种；

26、k、所述负极浆料的粘度为2000～6000cp。

27、可选地，所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，所述第一导电剂包括颗粒状导电材料，所述第二导电剂包括管状导电材料；

28、所述颗粒状导电材料包括导电炭黑(sp)、科琴黑、乙炔黑、碳纤维、石墨烯(gn)中的至少一种；所述管状导电材料包括单壁碳管和多壁碳管中的至少一种。

29、本申请还提供了一种负极极片，包括负极集流体和涂覆层，所述涂覆层包括含硅元素的活性物质和如上述任一所述的粘结剂组合物或如上述任一所述的制备方法制备得到的粘结剂组合物。

30、本申请还提供了一种锂离子电池，包括如上述所述的负极极片。

31、本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

32、本申请提供了一种粘结剂组合物及其制备方法、负极极片和锂离子电池。本申请可以通过聚合反应可以得到改性支化的聚丙烯酸酯类粘结剂组合物，在与硅基活性材料配制浆料时，不仅可以扩大硅颗粒之间的间距，为锂离子提供更加通畅的传输通道，提高了锂离子的传输效率；还能够有效抑制硅基材料的膨胀、松动或脱落，提高了电极片的循环稳定性。

技术特征：

1.一种粘结剂组合物，其特征在于，包括如下成分：

2.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其特征在于，粘结剂组合物还包括：

3.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

4.一种如权利要求1至3任一项所述的粘结剂组合物的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

6.一种负极浆料，其特征在于，包括：含硅元素的活性材料、导电剂、有机分散剂、有机溶剂和权利要求1至3任一项所述的粘结剂组合物；

7.根据权利要求6所述的负极浆料，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

8.根据权利要求6所述的负极浆料，其特征在于，所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，所述第一导电剂包括颗粒状导电材料，所述第二导电剂包括管状导电材料；

9.一种负极极片，包括负极集流体和涂覆层，其特征在于：所述涂覆层包括含硅元素的活性物质和如权利要求1至3任一项所述的粘结剂组合物或如权利要求4至5任一项制备方法制备得到的粘结剂组合物。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的负极极片。

技术总结本申请提供一种粘结剂组合物及其制备方法、负极极片和锂离子电池。粘结剂组合物包括单官能度丙烯酸酯单体(50～70重量份)、含有碳原子数1‑18疏水性侧基的丙烯酸酯单体(3～15重量份)、多官能度丙烯酸酯单体(1.8～6.4重量份)、自由基引发剂(0.3～1.5重量份)、催化剂(0.5～1.5重量份)和溶剂(200～400重量份)。由此，通过聚合反应可以得到改性支化的聚丙烯酸酯类粘结剂组合物，在与硅基活性材料配制浆料时，不仅可以扩大硅颗粒之间的间距，为锂离子提供更加通畅的传输通道，提高了锂离子的传输效率；还能够有效抑制硅基材料的膨胀、松动或脱落，提高了电极片的循环稳定性。技术研发人员：梁楚尧,杜昌朝,杜鹏,魏岩巍,潘福中受保护的技术使用者：浙江吉利控股集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17