CN116874647A - 一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116874647A CN116874647A CN202310845786.6A CN202310845786A CN116874647A CN 116874647 A CN116874647 A CN 116874647A CN 202310845786 A CN202310845786 A CN 202310845786A CN 116874647 A CN116874647 A CN 116874647A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- amphiphilic
- lithium ion
- carbon
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 33
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- WTDRDQBEARUVNC-LURJTMIESA-N L-DOPA Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C(O)=C1 WTDRDQBEARUVNC-LURJTMIESA-N 0.000 claims abstract description 6
- WTDRDQBEARUVNC-UHFFFAOYSA-N L-Dopa Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C(O)=C1 WTDRDQBEARUVNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229960004502 levodopa Drugs 0.000 claims abstract description 6
- NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N methylamine hydrochloride Chemical compound [Cl-].[NH3+]C NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 9
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 5
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 5
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Chemical group CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 claims description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000007112 amidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 4
- ATVJXMYDOSMEPO-UHFFFAOYSA-N 3-prop-2-enoxyprop-1-ene Chemical compound C=CCOCC=C ATVJXMYDOSMEPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- RGNMXKKNDSHTFD-UHFFFAOYSA-N pyren-1-ylmethylazanium;chloride Chemical compound Cl.C1=C2C(CN)=CC=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 RGNMXKKNDSHTFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 2
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000007709 nanocrystallization Methods 0.000 description 1
- WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N pentaerythritol Chemical compound OCC(CO)(CO)CO WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000004537 pulping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
- C08F8/30—Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups
- C08F8/32—Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups by reaction with amines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明属于锂电池技术领域，公开了一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用，所述双亲粘结剂简写为PDB，是将左旋多巴胺溶解在水中，再加入聚丙烯酸粉末、1‑芘甲氨盐酸盐和催化剂，在50～80℃下反应后透析制得。该粘结剂是由聚丙烯酸作为主链，与左旋多巴、1‑芘甲氨盐酸盐发生酰胺化反应，合成得到具有双亲效应的粘结剂。该双亲粘结剂具有易溶于水，对硅碳材料分散性好和粘结性强等优点。所述粘结剂可有效保护活性材料不受电解液的影响，并减少SEI膜的大量生成。该方法制备的粘结剂显著提高锂离子电池硅碳负极的电化学性能。此外，该粘结剂制备过程简单，成本低廉，利于应用。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体地，涉及一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池具有高容量、无记忆效应、快速可逆充放电和高库仑效率等优点。锂离子电池目前已被广泛用于商业化产品，如移动电话、笔记本电脑，数码相机，新能源汽车等。在锂离子电池负极材料的应用中，硅被认为是最有前途的新一代负极材料，其理论规格容量高达4200mAh/g，远远超过了商业石墨372mAh/g的单位容量。然而，由于硅基负极材料巨大的体积变化(约300％)和较低的首次库伦效率，严重阻碍其商业化。具有更好循环性能以及更高库伦效率的硅碳材料是目前硅基材料商业化的热点，但是硅碳材料依然存在一定的体积膨胀问题，这导致其长循环稳定性以及倍率性能较差。
目前解决硅碳负极体积膨胀问题主要有纳米化和结构化等方法，由于合成工艺复杂、步骤繁琐以及成本高，难于实现商业化。通过研究调查，优化粘结剂是解决硅碳负极体积膨胀问题最经济有效的方法之一。负极粘结剂的主要作用有：粘结负极材料以及负极材料和集流体并以此稳定结构；在制作负极浆料时起到分散剂作用，减少材料团聚。由于硅碳材料的复杂性，目前常用的负极粘结剂(CMC和SBR)在打浆过程中很难分散硅碳材料，同时由于亲和性较差的原因，导致材料与铜箔的粘结力较差，容易掉粉。因此，目前商业化的粘结剂并不适用于硅碳负极。近几年研究者们在设计制备硅碳粘结剂方面做出了巨大的努力，通过合成高性能的复合粘结剂来提高硅碳负极电化学性能。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，首要目的在于提供一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂。
本发明的另一目的在于提供上述用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂，所述双亲粘结剂简写为PDB，是将左旋多巴胺溶解在水中，再加入聚丙烯酸粉末、1-芘甲氨盐酸盐和催化剂，在50～80℃下反应后透析制得。
优选地，所述左旋多巴胺、1-芘甲氨盐酸盐和聚丙烯酸的质量比为1:(0.5～1):(8～10)；所述左旋多巴胺和水的质量比为1:(180～190)。
优选地，所述的聚丙烯酸粉末的分子量为24～500万。
优选地，所述的反应的时间为6～36h；所述透析的时间为12～36h。
优选地，所述催化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺。
所述的用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将左旋多巴溶于水中，然后加入聚丙烯酸粉末和1-芘甲氨盐酸盐，得到混合溶液；
S2.混合溶液中加入催化剂，在50～80℃反应，反应结束后将溶液用透析袋透析，得到双亲粘结剂。
一种负极电极，所述负极电极是将活性物质硅碳、导电剂与权利要求1-5任一项所述双亲粘结剂混合，再加入去离子水后搅拌，得到均匀分散的电极浆料，将该电极浆料涂布到铜箔上，经真空干燥制得。
优选地，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、特导电炭黑或导电石墨；所述活性物质硅碳、导电剂与双亲粘结剂的质量比为(7～8):(1～2):1；所述搅拌的时间为6～8h，所述真空干燥的温度为70～80℃，所述真空干燥的时间为12～36h。
所述的双亲粘结剂在锂离子电池中的应用。
优选地，所述锂离子电池的负极材料为硅碳复合材料。
本发明聚丙烯酸是一种单体为丙烯酸的合成聚合物，分子式[C3H4O2]n(3000＜n＜50000)。聚丙烯酸材料有可能是丙烯酸的自身均聚物，也可能是通过季戊四醇的烯丙醚，蔗糖的烯丙醚或者丙烯的烯丙醚交联而成的交联聚合物。聚丙烯酸为直链状结构，粘结性能较好。基于此，本发明通过聚丙烯酸与小分子材料左旋多巴和1-芘甲基胺盐酸盐进行酰胺化反应，合成得到一种具有三维网络结构的双亲粘结剂。通过生物材料修饰改性的复合粘结剂，提高粘结剂的机械强度，实现硅基负极的循环稳定性。
本发明将活性物质硅碳、导电剂(导电炭黑、碳纳米管、特导电炭黑或导电石墨)与粘结剂按照质量比(7～8)：(1～2)：1混合，加入适量的去离子水后混合搅拌6～8h，得到均匀分散的浆料，将所得浆料涂布到铜箔上，80℃真空干燥12h后裁为直径14mm的圆形极片。将干燥的极片转入充满氩气的手套箱进行电池组装。其中，电池中锂片作为对电极，电解液使用1.2mmol/L的LiPF6为溶质，溶剂为体积比为1:1的EC和DEC，其中10wt％FEC和1wt％VC作为添加剂，使用CR2032扣式电池进行组装。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的PDB双亲粘结剂是对石墨和硅负极材料亲和性都较好的具有双亲性质的粘结剂，是由聚丙烯酸与左旋多巴胺、1-芘甲基胺盐酸盐进行酰胺化反应制得，对石墨、导电炭黑以及硅材料具有很好的亲和性，这是由于聚丙烯酸有大量的羟基，对硅有较好的亲和性，同时左旋多巴和1-芘甲氨盐酸盐含有大量苯环官能团，和石墨结构相近，会形成π-π共轭，两者结合有利于在硅碳材料表面形成包覆层。
2.本发明制备的PDB双亲粘结剂为水系粘结剂，粘结性强，具有环境友好，成本低廉的优点；同时具有较好的机械性能以及电化学稳定性，有利于锂离子电池硅碳负极的长循环稳定性。
3.本发明由聚丙烯酸作为主链，与左旋多巴、1-芘甲氨盐酸盐发生酰胺化反应，合成得到具有双亲效应的粘结剂，其具有易溶于水，对硅碳材料分散性好和粘结性强等优点。可有效保护活性材料不受电解液的影响，并减少SEI膜的大量生成，显著提高锂离子电池硅碳负极的电化学性能。
4.本发明制备过程简单，成本低廉，利于应用。
附图说明
图1为聚丙烯酸和双亲粘结剂(PDB)制成的薄膜的机械性能性能图。
图2为实施例1制备的扣式电池的循环性能图。
图3为实施例1与对比例1制备的扣式电池循环性能的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.将0.05g左旋多巴胺溶解在9.5g水中，添加分子量为24w的聚丙烯酸和1-芘甲氨盐酸盐，其中左旋多巴胺、1-芘甲氨盐酸盐和聚丙烯酸的质量比为1:1:9，同时加入催化剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)，在80℃下反应充分后用透析袋透析，将透析后的溶液加热浓缩至5％质量分数的双亲粘结剂溶液(PDB)。
2.将活性物质硅碳、导电剂SuperP与5％质量分数的双亲粘结剂溶液按质量比8:1:1混合，再加入适量的去离子水后放入脱泡搅拌机搅拌，得到均匀分散的电极浆料，将该电极浆料涂布到铜箔上，在80℃真空干燥12h，裁为直径14mm的圆形负极电极极片。
3.将干燥的负极电极片转入充满氩气的手套箱，以锂片作为对电极，电解液使用溶质为1.2mmol/L的LiPF6，溶剂为体积比为1:1的EC和DEC，其中10wt％FEC和1wt％VC作为添加剂。使用CR2032扣式电池进行组装，将组装的扣式电池静置8h。将静置的电池在新威测试系统中进行恒流测试电化学性能。
图1为聚丙烯酸和双亲粘结剂(PDB)制成的薄膜的机械性能性能图。从图1中可知，PDB粘结剂具有较好的弹性性能，有利于缓解负极的体积膨胀。图2为实施例1制备扣式电池的循环性能图，由图2可知，双亲粘结剂(PDB)组成的硅电极在100mA/g电流密度下，首次放电比容量为1100mAhg-1以上，首次库伦效率为80％以上，100次循环后容量仍保持在850mAh/g，结果表现出优异的循环稳定性。
对比例1
1.将分子量为24w的0.5g聚丙烯酸粉末加入9.5g去离子水，得到5％质量分数的粘结剂。
2.将活性物质硅碳、导电剂SupperP与质量分数5％粘结剂按质量比8:1:1混合，加入适量的去离子水后混合搅拌6-8h，得到均匀分散的电极浆料，将该电极浆料涂布到铜箔上，80℃真空干燥12h，裁为直径14mm的圆形极片。
3.将极片转入充满氩气的手套箱进行电池组装。电池中锂片作为对电极，电解液以1.2mmol/L的LiPF6为溶质，体积比为1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)为溶剂，其中，10wt％氟代碳酸乙烯酯(FEC)和1wt％碳酸亚乙酯(VC)作为添加剂，用CR2032扣式电池进行组装。
将实施例1和对比例1所组装的扣式电池于28℃下静置10h后在新威测试系统中进行恒流测试电化学性能。测试条件为：电流密度100mA/g；电压窗口0.01-1.5V。图3为实施例1与对比例1制备的扣式电池循环性能的对比图。图3中显示，对比例1制备的扣式电池在100mA/g电流密度下，100次循环后容量基本衰减为591mAh/g，实施例1制备的扣式电池容量仍保持在850mAh/g，具有更高的放电容量以及更好的循环稳定性。从图3可知，双亲粘结剂(PDB)可使硅碳负极展现出良好的循环稳定性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂，其特征在于，所述双亲粘结剂简写为PDB，是将左旋多巴胺溶解在水中，再加入聚丙烯酸粉末、1-芘甲氨盐酸盐和催化剂，在50～80℃下反应后透析制得。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂，其特征在于，所述左旋多巴胺、1-芘甲氨盐酸盐和聚丙烯酸的质量比为1:(0.5～1):(8～10)；所述左旋多巴胺和水的质量比为1:(180～190)。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂，其特征在于，所述的聚丙烯酸粉末的分子量为24～500万。
4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂，其特征在于，所述的反应的时间为6～36h；所述透析的时间为12～36h。
5.根据权利要求1所述的用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂，其特征在于，所述催化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将左旋多巴溶于水中，然后加入聚丙烯酸粉末和1-芘甲氨盐酸盐，得到混合溶液；
S2.混合溶液中加入催化剂，在50～80℃反应，反应结束后将溶液用透析袋透析，得到双亲粘结剂。
7.一种负极电极，其特征在于，所述负极电极是将活性物质硅碳、导电剂与权利要求1-5任一项所述双亲粘结剂混合，再加入去离子水后搅拌，得到均匀分散的电极浆料，将该电极浆料涂布到铜箔上，经真空干燥制得。
8.根据权利要求7所述的负极电极，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、特导电炭黑或导电石墨；所述活性物质硅碳、导电剂与双亲粘结剂的质量比为(7～8):(1～2):1；所述搅拌的时间为6～8h，所述真空干燥的温度为70～80℃，所述真空干燥的时间为12～36h。
9.权利要求7或8所述的双亲粘结剂在锂离子电池中的应用。
10.根据权利要求9所述的双亲粘结剂在锂离子电池中的应用，其特征在于，所述锂离子电池的负极材料为硅碳复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310845786.6A CN116874647A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310845786.6A CN116874647A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116874647A true CN116874647A (zh) | 2023-10-13 |
Family
ID=88269208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310845786.6A Pending CN116874647A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116874647A (zh) |
-
2023
- 2023-07-11 CN CN202310845786.6A patent/CN116874647A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109004220B (zh) | 一种硼酸化合物修饰锂离子电池硅负极及其制备方法 | |
| CN108807917B (zh) | 氮硫双掺杂石墨烯复合硅硼碳氮陶瓷复合材料、制备方法及应用 | |
| CN113451576B (zh) | 石墨复合材料、其制备方法和锂离子电池 | |
| CN110190284B (zh) | 一种锂硫电池正极用水系粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN110890545A (zh) | 一种pedot:pss/cmc复合粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN112110448A (zh) | 一种氮掺杂碳与纳米硅复合负极材料及其制备方法 | |
| CN110128650B (zh) | 一种导电聚合物粘结剂及其制备方法与应用 | |
| CN113451579B (zh) | 一种用于锂离子电池硅基负极的复合粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN113851710B (zh) | 一种钠离子双功能凝胶聚合物电解质、其制备方法及应用 | |
| CN111647345A (zh) | 一种锂离子电池负极聚合物保护涂层及其制备方法、应用 | |
| CN109880017A (zh) | 一种含氟聚合物粘结剂及其制备方法和在硅基电极锂离子电池中的应用 | |
| CN117623274A (zh) | 一种煤基功能碳材料的制备方法及其应用 | |
| CN116731635A (zh) | 一种导电粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN116864806A (zh) | 精氨酸在锂硫电池电解液中的应用、电解液及锂硫电池 | |
| CN112280009B (zh) | 一种聚噻吩类化合物、含聚噻吩类化合物的硅负极添加剂和硅负极材料 | |
| CN116874647A (zh) | 一种用于锂离子电池硅碳负极的双亲粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN115101730A (zh) | 一种硅基复合负极材料及其制备方法 | |
| CN112349907B (zh) | 一种复合粘结剂材料及其制备方法和用途 | |
| CN114409894A (zh) | 一种含方酸的两性离子聚合物电极材料、制备方法及其应用 | |
| CN111916690A (zh) | 一种锂离子电池硅碳负极制备方法 | |
| CN112310398A (zh) | 电极粘结剂及硅复合电极 | |
| CN111525107A (zh) | 一种新型的有机小分子包覆的硅负极材料的合成方法 | |
| CN116759581B (zh) | 一种用于锂离子电池硅基负极的硫醇化聚丙烯酸水性聚合物粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN116914146A (zh) | 一种用于锂离子电池硅基负极的超分子复合粘结剂及其制备方法和应用 | |
| CN118027848A (zh) | 用于锂离子电池硅碳负极的双导粘结剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |