一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用，该粘合剂由丙酰胺和丙烯酸共聚而成，随后通过引入Fe

【技术实现步骤摘要】
一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着能源问题和环境问题的日益突出，锂离子电池由于具有质量轻，体积小，比容量高等优势，已用于3C产品(手机、笔记本电脑，数码相机)、电动汽车、无人机、航空航天等新型高
但随着更高理论容量硅负极材料的出现，锂离子电池负极在充放电过程中存在巨大的体积膨胀，导致电极结构失效，大大缩短了电池的循环寿命，限制了锂离子电池的应用。
[0003]造成锂离子电池高循环寿命衰减的原因主要是负极的破坏。一方面，硅负极在锂离子嵌入和脱出的过程中会发生高达400％的体积膨胀，导致负极活性颗粒严重粉化，电极结构破坏，电极和电解质之间的界面(SEI层)破裂并暴露出新的活性表面，不断与电解液发生副反应，消耗电解液形成厚的SEI。另一方面，商业化负极粘合剂聚丙烯酸(PAA)是硬脆的线性聚合物，机械强度和粘合力不足，大体积变化时容易连接失效，丧失电极结构稳定性和导电性，导致电池性能恶化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种配位键增强的负极粘合剂及其制备方法及其应用，已解决现有技术中电极和电解质支架的界面易于破裂并暴露出新的活性表面，同时聚丙烯酸易连接失效，丧失电极结构稳定性和导电性的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种配位键增强的负极粘合剂，化学结构式为：
[0007][0008]其中，m为85～244，n为10～28，t为3～9。
[0009]一种配位键增强的负极粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，将丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体溶于N,N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后获得混合溶液；
[0011]步骤2，在混合溶液中加入引发剂，同时向反应体系中鼓入保护气体，获得反应体系；
[0012]步骤3，将反应体系升温进行聚合反应，获得产物体系；
[0013]步骤4，透析产物体系，获得反应产物，冷冻干燥反应产物，获得丙酰胺
‑
丙烯酸共
聚物粘合剂；
[0014]步骤5，将丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物粘合剂溶于水中，加入丙烯酸单体摩尔量的0.1％～1wt％的FeCl3溶液，获得最终的负极粘合剂。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：
[0016]优选的，丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体的摩尔比为(7～9)：(1～3)。
[0017]优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵或过硫酸钾。
[0018]优选的，步骤2中，引发剂的加入量为丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体总质量的0.6～1.2％。
[0019]优选的，步骤3中，聚合反应温度为60～80℃，聚合反应时间为8～12小时。
[0020]优选的，步骤4中，冷冻干燥时间大于8h。
[0021]一种配位键增强的负极粘合剂的应用，所述负极粘合剂用于锂电子电池中。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术公开了一种配位键增强的负极粘合剂，该粘合剂由丙酰胺和丙烯酸共聚而成，随后通过引入Fe
3+
与COO
‑
之间形成例子配位键，增强粘合剂的力学性能。本专利技术粘合剂制备方法简单，稳定性好，粘附力高，化学交联网状结构可以有效提高大体积膨胀下电极结构的稳定性，其中的双重氢键和配位键，共同提升粘合剂的粘附力，在硅负极发生大体积形变时，一部分低能量氢键断裂耗散体积变化造成的应力堆积，高能配位键和交联网状结构维持电极结构的稳定性。由该粘合剂制备的负极表现出良好的循环稳定性。
[0024]本专利技术还公开了一种配位键增强的负极粘合剂的制备方法，其制备方法简单，具有较强的粘合力，并且能够提升锂离子电导，共价键，氢键，离子配位键的共同作用能有效提升粘合强度，聚丙酰胺中的胺基能够与负极材料中的金属离子发生配位作用，提高离子电导性。
[0025]本专利技术还公开了一种配位键增强的负极粘合剂的应用，粘合剂是本专利技术还提供了基于该粘合剂制备的锂离子电池负极浆料、锂离子电池负极和锂离子电池，所制备的锂离子电池负极中各组分的结合力强，对应的锂离子电池具有更好的循环稳定性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物兼具离子配位粘合剂合成示意图。
[0027]图2实施例1中粘合剂A1和对比例B1的极片剥离性能对照图。
[0028](a)Si负极剥离性能测试图
[0029](b)Si/G负极剥离性能测试图
[0030]图3为应用实施例3中粘合剂A3和对比例1中粘合剂B1的锂离子电池循环性能对比图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0032]本专利技术提供如图1所示的丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物兼具离子配位粘合剂合成示意图，以下为其制备步骤：
[0033](1)将丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体溶于N,N二甲基甲酰胺中(质量百分比为15～
20wt％)，充分搅拌得到均一溶液；两种单体的摩尔比为丙酰胺：丙烯酸＝(7～9)：(1～3)。
[0034](2)加入引发剂，引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵或过硫酸钾中的一种，引发剂的质量为两种单体总质量的0.6～1.2％，然后向反应体系中鼓入保护气体(氮气或氩气)以除氧，防止氧气对聚合反应的抑制作用。
[0035](3)升温至60～80℃引发单体聚合，聚合反应时间为8～12小时。在较高温度下，引发剂引发单体聚合，实现两种单体的共聚，如偶氮二异丁腈分解产生异丁腈自由基引发单体聚合，实现两种单体的共聚。
[0036](4)用去离子水透析产物，并冷冻干燥8h以上，获得丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物粘合剂。
[0037](5)将丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物溶于水中，加入丙烯酸单体摩尔的0.1％～1wt％的FeCl3溶液，混合均匀后得到丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物兼具离子配位键的负极粘合剂。
[0038]上述制备过程的反应式如图1所示，制备出的负极粘合剂的结构式为：
[0039][0040]该负极粘合剂为无规共聚物，m、n和t的数值在单元组合过程中为变化的数值，m的范围为85～244，n的范围为10～28，t的范围为3～9，均为自然数。
[0041]本专利技术制备的负极粘合剂还具有以下有点：
[0042](1)本专利技术粘合剂主体中含有大量的NH2、COOH官能团，可以与硅颗粒表面的氧化物形成大量氢键和化学键，实现硅颗粒的粘结，同时交联的化学网状结构可以一定程度上限制硅颗粒的膨胀，维持电极结构稳定性。
[0043](2)本专利技术粘合剂中Fe
3+
和COO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配位键增强的负极粘合剂，其特征在于，化学结构式为：其中，m为85～244，n为10～28，t为3～9。2.一种配位键增强的负极粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将丙酰胺单体和丙烯酸甲酯单体溶于N,N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后获得混合溶液；步骤2，在混合溶液中加入引发剂，同时向反应体系中鼓入保护气体，获得反应体系；步骤3，将反应体系升温进行聚合反应，获得产物体系；步骤4，透析产物体系，获得反应产物，冷冻干燥反应产物，获得丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物粘合剂；步骤5，将丙酰胺
‑
丙烯酸共聚物粘合剂溶于水中，加入丙烯酸单体摩尔量的0.1％～1wt％的FeCl3溶液，获得最终的负极粘合剂。3.根据权利要求2所述的一种配位键增强的负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋江选，张祯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：