CN110492103A - 一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法及其产品和应用,该制备方法利用恒电位法对粘结剂进行改性,从而获得一种新型粘结剂。粘结剂含有主体粘结剂和添加剂。其中主体粘结剂为聚丙烯酸(PAA,分子量10w~300w),添加剂为有机试剂。将聚丙烯酸和添加剂溶解于水中,获得前驱体,然后将硅碳负极材料加入前驱体中,恒温搅拌均匀后,将混合好的混合物涂覆在铜箔上,干燥制备成极片,再将极片浸泡在一定浓度的溶液中,采用恒电位法对极片中的粘结剂进行改性,从而获得新型粘结剂。该新型粘结剂的制备方法可大幅减小硅碳负极在充放电过程中的体积效应,并提高硅碳负极材料的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池硅碳负极材料粘结剂制备技术领域,特别涉及一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法及其产品和应用。
背景技术
硅基负极材料由于其具有高比容量(4200mAh/g)而被认为是锂离子电池领域最能取代石墨负极的材料。然而硅基材料在锂离子插入和脱出过程中存在体积效应,体积膨胀率高达400%。体积效应会使硅基负极材料发生碎裂,进而会不可逆地消耗电池中的锂离子,使电池使用寿命迅速减小。
PAA粘结剂是目前公认的能够明显改善硅基负极材料循环寿命的粘结剂,其具有羧基基团,可与硅基材料形成氢键,从而有效减弱硅的体积效应,提高其循环寿命。但是PAA的粘性会随着循环次数不断增加而逐渐变差,最终导致电池失效,因此需要对PAA进行改性。
发明内容
针对目前主流的硅碳负极材料粘结剂PAA粘性会随着循环次数不断增加而逐渐变差的情况,本发明的目的在于:提供一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法。以减小硅碳负极在充放电过程中的体积效应,并提高硅碳负极材料的循环寿命。
本发明的再一目的在于:提供一种上述方法制备的锂离子电池硅碳负极粘结剂产品。
本发明的又一目的在于:提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现:一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,利用恒电位法对粘结剂进行改性,包括下述步骤:
(1)将主粘结剂聚丙烯酸(PAA)和添加剂溶解于水中,获得前驱体溶液,其中,所述添加剂为羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)中的一种或组合;
(2)将硅碳负极材料与前驱体溶液混合均匀,并将其涂覆在铜箔上制备成负极极片;
(3)将负极极片插入碱金属化合物溶液,并采用恒电位对负极粘结剂进行改性,从而获得目标产物。
其中,所述PAA的分子量为10w~300w。
主粘结剂与添加剂质量比为聚丙烯酸:CMC:SBR=1: (0.3~0.5):(0.3~0.5)。
所述碱金属化合物溶液为NaCl、LiF、LiCl溶液。
本发明中,采用恒电位对负极粘结剂进行改性的改性电位为1-1.5V(VS锂正极)。
本发明提供一种锂离子电池硅碳负极粘结剂,根据上述任一所述方法制备得到,其中粘结剂含有主体粘结剂和添加剂,主体粘结剂为聚丙烯酸(PAA,分子量10w~300w),添加剂为羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)中的一种或组合。
本发明还提供一种锂离子电池硅碳负极粘结剂在锂离子电池中的应用。
本发明制备方法利用恒电位法对粘结剂进行改性,从而获得一种新型粘结剂。粘结剂含有主体粘结剂和添加剂。其中主体粘结剂为聚丙烯酸(PAA,分子量10w~300w),添加剂为有机试剂。将聚丙烯酸和添加剂溶解于水中,获得前驱体,然后将硅碳负极材料加入前驱体中,恒温搅拌均匀后,将混合好的混合物涂覆在铜箔上,干燥制备成极片,再将极片浸泡在一定浓度的溶液中,采用恒电位法对极片中的粘结剂进行改性,从而获得新型粘结剂。
本发明优越性在于:用该制备方法制备的新型粘结剂可大幅减小硅碳负极在充放电过程中的体积效应,并提高硅碳负极材料的循环寿命。
附图说明
图1、恒电位改性PAA和CMC粘结剂的Si/C负极材料半电池常温0.5C循环图;
由图可知,利用恒电位改性的粘结剂制备出来的Si/C负极有效抑制了硅碳负极在充放电过程中的体积效应,在100个循环周期放电容量衰减很小。
具体实施方式
实施例一:
一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,利用恒电位法对粘结剂进行改性,按下述步骤:
a) 取PAA(分子量25W)和CMC(PAA:CMC质量比为1:0.5)溶解于适量的水中,制成前驱体溶液。
b) 将硅碳负极材料与前驱体溶液混合均匀,并将其涂覆在铜箔上制备成负极极片。
c) 将负极极片插入NaCl溶液中,并采用1.4V(VS锂正极)恒电位对负极粘结剂进行改性,从而获得目标产物。
实施例二:
一种锂离子电池硅碳负极粘结剂,按下述步骤制备得到:
a) 取PAA(分子量25W)、CMC和SBR(PAA:CMC:SBR质量比为1:0.5:0.5)溶解于适量的水中,制成前驱体溶液。
b) 将硅碳负极材料与前驱体溶液混合均匀,并将其涂覆在铜箔上制备成负极极片。
c) 将负极极片插入NaCl溶液中,并采用1.4V(VS锂正极)恒电位对负极粘结剂进行改性,从而获得目标产物。
实施例三:
一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其实施步骤为:
a) 取PAA(分子量25W)、CMC和SBR(PAA:CMC:SBR质量比为1:0.5:0.5)溶解于适量的水中,制成前驱体溶液。
b) 将硅碳负极材料与前驱体溶液混合均匀,并将其涂覆在铜箔上制备成负极极片。
c) 将负极极片插入LiF溶液中,并采用1.4V(VS锂正极)恒电位对负极粘结剂进行改性,从而获得目标产物。
实施例四:
一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其实施步骤为:
a) 取PAA(分子量200W)、CMC和SBR(PAA:CMC:SBR质量比为1:0.3:0.3)溶解于适量的水中,制成前驱体溶液。
b) 将硅碳负极材料与前驱体溶液混合均匀,并将其涂覆在铜箔上制备成负极极片。
c) 将负极极片插入LiCl溶液中,并采用1.4V(VS锂正极)恒电位对负极粘结剂进行改性,从而获得目标产物。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其特征在于,利用恒电位法对粘结剂进行改性,包括下述步骤:
(1)将主粘结剂聚丙烯酸(PAA)和添加剂溶解于水中,获得前驱体溶液,其中,所述添加剂为羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)中的一种或组合;
(2)将硅碳负极材料与前驱体溶液混合均匀,并将其涂覆在铜箔上制备成负极极片;
(3)将负极极片插入碱金属化合物溶液,并采用恒电位对负极粘结剂进行改性,从而获得目标产物。
2.根据权利要求1所述锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其特征在于所述主粘结剂聚丙烯酸(PAA)的分子量为10w~300w。
3.根据权利要求1或2所述锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其特征在于,主粘结剂与添加剂质量比为聚丙烯酸:CMC:SBR=1:(0.3~0.5):(0.3~0.5)。
4.根据权利要求1所述新型锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其特征在于,所述碱金属化合物溶液为NaCl、LiF、LiCl溶液。
5.根据权利要求1所述锂离子电池硅碳负极粘结剂的制备方法,其特征在于并采用恒电位对负极粘结剂进行改性的改性电位为1-1.5V。
6.一种锂离子电池硅碳负极粘结剂,其特征在于根据权利要求1-5任一所述方法制备得到,其中粘结剂含有主体粘结剂和添加剂,主体粘结剂为聚丙烯酸(PAA,分子量10w~300w),添加剂为羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)中的一种或组合。
7.一种根据权利要求6所述锂离子电池硅碳负极粘结剂在锂离子电池中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191122 |
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