一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂及其制备方法与在锂离子电池硅基负极中的应用。本发明专利技术通过选用带有酰胺基的小分子增塑剂对商业化的聚乙烯醇粘结剂进行接枝增塑改性，制备得到的改性聚乙烯醇用于锂离子电池硅基负极粘结剂时，可以显著提升电极的循环和倍率性能。并且，这一改性粘结剂不仅对纯硅负极有益，当其与硅混合并与商业化的石墨复合制备硅碳负极，可以大幅度提升与磷酸铁锂匹配的全电池的循环性能。本发明专利技术不涉及高温处理过程，成本低廉，原料容易获取，工艺流程简单，对环境友好，容易实现大规模生产。实现大规模生产。实现大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂及其制备方法与在锂离子电池硅基负极中的应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池从便携式电子设备到大规模储能系统的应用，进一步提升锂离子电池的能量密度至关重要。除了发展高容量的三元正极材料，革新负极材料也势在必行。硅材料是最具有吸引力的负极材料之一，因其具有高比容量，低脱嵌锂电位；与电解液相容性良好；安全，无污染；原材料丰富，成本低等优点。但是，硅负极材料体积效应巨大，使得硅材料在循环过程中易粉化、团聚，造成电池内阻急剧增加；另外，形成的固体电解质界面膜不稳定，造成持续的不可逆锂消耗。以上问题致使硅负极的循环和倍率性能不佳，极大的限制了硅负极材料的应用。制备硅碳负极可以有效缓解硅的体积膨胀问题，显著提升电极的循环稳定性。然而，目前硅碳负极的电化学性能距离大规模应用仍然有一定距离。
[0003]硅负极材料巨大的体积效应，使其对粘结剂的要求更加严格。开发适用于硅材料的粘结剂，一方面要求粘结剂具有良好的力学性能，以抑制硅的体积膨胀，缓解电极片的开裂；另一方面，由于硅材料与电解液界面处存在复杂的副反应，形成的固体电解质界面膜极其不稳定，并且硅本身的电导率低，要求粘结剂分子中含有极性官能团，比如羟基(
‑
OH)、羧基(
‑
COOH)、酯基(
‑
COOR)、磺酸基(
‑
SO3H)和氰基(
‑
CN)等，或者有益于成膜的元素如N、P、B等，来改善电极的电子电导率及离子电导率，形成优质的SEI 膜。
[0004]因此，如何提供一种同时具有良好的力学性能和优异的化学性质的粘结剂，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的一在于提供一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将甲醛水溶液和增塑剂混合加热，醇化，得到试剂A；
[0009](2)将试剂A与聚乙烯醇水溶液混合加热，即得酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂。
[0010]优选的，所述增塑剂与甲醛的摩尔比为0.33～1，进一步优选的，增塑剂与甲醛的摩尔比为0.5～0.7。
[0011]优选的，所述试剂A中的醇基与聚乙烯醇水溶液中的羟基的摩尔比为 0.05～0.5，进一步优选的，试剂A中的醇基与聚乙烯醇水溶液中的羟基的摩尔比为0.2～0.3。
[0012]优选的，所述甲醛水溶液的质量分数为35～40％，pH为8～9。
[0013]优选的，所述聚乙烯醇水溶液为的质量分数为2～5％；所述聚乙烯醇水溶液在使用前，用浓度为0.05～0.15mol/L的盐酸溶液调节pH至4.5～5，进一步优选的，调节pH至4.7～4.9。
[0014]优选的，所述步骤(1)的加热温度为75～85℃，时间为25～35min。
[0015]优选的，所述增塑剂为甲酰胺、尿素、三聚氰酸中的一种或多种，进一步优选为尿素。
[0016]优选的，所述步骤(2)的加热温度为60～80℃，加热时间为2～6h。
[0017]本专利技术的目的二在于提供一种由上述制备方法得到的酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂。
[0018]本专利技术的目的三在于提供一种酰胺基接枝增塑的聚乙烯醇粘结剂的应用。
[0019]具体地，是将上述酰胺基接枝增塑的聚乙烯醇粘结剂应用于锂离子电池硅基负极中。
[0020]当硅基负极为纯硅负极时，粘结剂、硅材料和导电剂按照质量比为 1～3:6～8:1的配比制造纯硅负极；
[0021]当硅基负极为硅碳负极时，先将粘结剂与硅粉按照质量比2～4:9～11共混，干燥，研磨后过400～420目筛，得复合粉体；然后将复合粉体、石墨、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、导电炭黑按照质量比为7～9:70～90:3～5:1～3:3 的配比制备硅碳负极。
[0022]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术选用带有酰胺基的小分子对商业化的聚乙烯醇粘结剂进行接枝增塑改性，制备得到的改性聚乙烯醇用于锂离子电池硅基负极粘结剂，可以显著提升电极的循环和倍率性能，原因如下：其一，改性聚乙烯醇粘结剂具有超高的塑性，对硅的体积膨胀具有明显的抑制作用；其二，用酰胺基接枝增塑聚乙烯醇，可以大幅度减小硅负极片的孔隙，使硅负极片更加的紧密，从而提升电极片的机械性能；其三，接枝的酰胺基有利于锂离子的快速迁移，可以显著提升电极的倍率性能。
[0024]当酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂与硅混合并与商业化的石墨复合制备硅碳负极时，可以大幅度提升与磷酸铁锂匹配的全电池的循环性能。本专利技术不涉及高温处理过程，成本低廉，原料容易获取，工艺流程简单，对环境友好，容易实现大规模生产。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为对比例1和实施例2所制备的硅负极的红外光谱图；
[0027]图2为对比例1和实施例2中电极的SEM图；
[0028]图3为对比例1和实施例2的倍率性能图；
[0029]图4为对比例1和实施例1，2，3的循环图；
[0030]图5为对比例1和实施例2，4，5的循环图；
[0031]图6为对比例3和实施例7的循环图；
[0032]图7为对比例2和实施例6的力学性能曲线。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0034](1)将甲醛水溶液和增塑剂混合加热，醇化，得到试剂A；
[0035](2)将试剂A与聚乙烯醇水溶液混合加热，即得酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂。
[0036]优选的，所述增塑剂与甲醛的摩尔比为0.33～1，进一步优选的，增塑剂与甲醛的摩尔比为0.5～0.7。
[0037]优选的，所述试剂A中的醇基与聚乙烯醇水溶液中的羟基的摩尔比为 0.05～0.5，进一步优选的，试剂A中的醇基与聚乙烯醇水溶液中的羟基的摩尔比为0.2～0.3。
[0038]优选的，所述甲醛水溶液的质量分数为35～40％，pH为8～9。
[0039]优选的，所述聚乙烯醇水溶液为的质量分数为2～5％；所述聚乙烯醇水溶液在使用前，用浓度为0.05～0.15mol/L的盐酸溶液调节pH至4.5～5，进一步优选的，调节pH至4.7～4.9。
[0040]优选的，所述步骤(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将甲醛水溶液和增塑剂混合加热，醇化，得到试剂A；(2)将试剂A与聚乙烯醇水溶液混合加热，即得酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，其特征在于，所述增塑剂与甲醛的摩尔比为0.33～1。3.根据权利要求2所述的一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，其特征在于，所述试剂A中的醇基与聚乙烯醇水溶液中的羟基的摩尔比为0.05～0.5。4.根据权利要求1或2所述的一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，其特征在于，所述甲醛水溶液的质量分数为35～40％，pH为8～9。5.根据权利要求3所述的一种酰胺基接枝增塑聚乙烯醇粘结剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液为的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，郑洪河，王玮，朱国斌，曲群婷，金超，石强，沈鸣，
申请(专利权)人：苏州华赢新能源材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：