硅基负极粘结剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种硅基负极粘结剂、其制备方法及应用。该制备方法包括：S1，在第一热处理的条件下，将淀粉与水混合，进行糊化处理，得到淀粉糊；然后继续在第一热处理的条件下，在淀粉糊中依次加入糊精、交联剂、聚乙二醇，使其进行第一反应，得到混合浆液；S2，在第二热处理的条件下，将混合浆液与海藻酸钠混合，进行第二反应，得到硅基负极粘结剂。本发明专利技术能够解决现有技术中硅基负极粘结剂粘结活性和韧性较差的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
硅基负极粘结剂、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种硅基负极粘结剂、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，商用的硅基负极粘结剂羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和壳聚糖等均为线性结构，其上官能团数量和种类较少，这导致了以下问题：(1)粘结性能较差：活性物质粘结失效剥落；(2)韧性差：无法应对硅颗粒体积膨胀产生的应力。
[0003]例如CN110931793A提供了一种负极粘结剂，其制备方法为：将瓜尔豆胶混合溶液与功能单体混合搅拌后置于γ射线下进行辐照，对辐照所得产物洗涤得到负极粘结剂。
[0004]专利CN109768283A提供了一种硅基负极粘结剂，其粘结剂为由氟代有机酸修饰的两亲性嵌段共聚物，按照重量份计，粘结剂的原料包括：嵌段共聚物4～10份，氟代有机酸4～10份以及第一溶剂30～50份。
[0005]上述两者均为如前所述的具有线性结构的硅基负极粘结剂，其韧性相对不足，不适应电池的长时间使用。
[0006]鉴于此，有必要提供一种具有三维网络结构、同时具有良好粘结性能和韧性的聚合物粘结剂。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种硅基负极粘结剂、其制备方法及应用，以解决现有技术中硅基负极粘结剂粘结活性和韧性较差的问题。
[0008]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种硅基负极粘结剂的制备方法，其制备方法包括以下步骤：S1，在第一热处理的条件下，将淀粉与水混合，进行糊化处理，得到淀粉糊；然后继续在第一热处理的条件下，在淀粉糊中依次加入糊精、交联剂、聚乙二醇，使其进行第一反应，得到混合浆液；S2，在第二热处理的条件下，将混合浆液与海藻酸钠混合，进行第二反应，得到硅基负极粘结剂。
[0009]进一步地，淀粉包括直链淀粉和/或支链淀粉；优选淀粉为支链淀粉；更优选支链淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉中的一种或多种；更优选支链淀粉的平均分子量为1000～100万。
[0010]进一步地，淀粉与聚乙二醇的重量比为(0.5～10):(0.1～3)。
[0011]进一步地，淀粉与海藻酸钠的重量比为(0.5～10):(0.1～3)。
[0012]进一步地，淀粉与交联剂的重量比为(0.5～10):(0.01～0.8)。
[0013]进一步地，淀粉与糊精的重量比为(0.5～10):(0.1～1)；优选地，淀粉与水的重量比为(0.5～10):(10～200)。
[0014]进一步地，交联剂为两性金属含氧酸的盐和/或两性非金属含氧酸的盐；优选地，交联剂为无水硫酸铝、硼酸钠、偏铝酸钠、锑酸钾和钛酸锂中的一种或多种。
[0015]进一步地，聚乙二醇的重均分子量为100～1000。
[0016]进一步地，第一热处理的温度为60～95℃，时间为1～7h；优选糊化处理的时间为0.5～5h。
[0017]进一步地，第二热处理的温度为25～50℃，时间为0.5～2h。
[0018]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种根据上述的制备方法制备得到的硅基负极粘结剂。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述的硅基负极粘结剂在锂离子电池中的应用。
[0020]应用本专利技术的技术方案，采用淀粉为原料，以糊精进行络合、其次对其进行化学交联改性，再次加入聚乙二醇增韧，最后加入海藻酸钠进行反应增粘，得到了一种具有三维网状结构的聚合物粘结剂。本专利技术的三维网站粘结剂具有丰富的极性官能团，能够形成较强的氢键，其粘结能力足以应对硅颗粒体积膨胀所产生的应力。同时，该粘结剂中的官能团(如羟基、羧基)还能够与硅基负极上存在的官能团(如羟基)产生键合作用，进而能够解决硅颗粒和集流体之间的粘结失效问题。
具体实施方式
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0022]为了解决如前所述的现有技术中的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种硅基负极粘结剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1，在第一热处理的条件下，将淀粉与水混合，进行糊化处理，得到淀粉糊；然后继续在第一热处理的条件下，在淀粉糊中依次加入糊精、交联剂、聚乙二醇，使其进行第一反应，得到混合浆液；S2，在第二热处理的条件下，将混合浆液与海藻酸钠混合，进行第二反应，得到硅基负极粘结剂。
[0023]应用本专利技术的技术方案，采用淀粉为原料，以糊精进行络合、其次对其进行化学交联改性，再次加入聚乙二醇增韧，最后加入海藻酸钠进行反应增粘，得到了一种具有三维网状结构的聚合物粘结剂。本专利技术的三维网站粘结剂具有丰富的极性官能团，能够形成较强的氢键，其粘结能力足以应对硅颗粒体积膨胀所产生的应力。同时，该粘结剂中的官能团(如羟基、羧基)还能够与硅基负极上存在的官能团(如羟基)产生键合作用，进而能够解决硅颗粒和集流体之间的粘结失效问题。
[0024]具体而言，本专利技术首先使淀粉糊化，其次加入糊精，糊精作为络合剂。然后再加入交联剂，实现分子间的架桥连接。然后再加入聚乙二醇，提高粘结剂韧性。在第一热处理的条件下，各反应物之间化学交联形成三维网络聚合物。上述加料的顺序不应发生变动，也不应将上述的组分同步加入体系中进行反应，否则会造成反应物之间团聚。然后，本专利技术加入海藻酸钠，作为增粘剂。
[0025]在一种优选的实施方式中，淀粉包括直链淀粉和/或支链淀粉；优选淀粉为支链淀粉；更优选支链淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉中的一种或多种；更优选支链淀粉的平均分子量为1000～100万。首先，无论选用直链淀粉还是直链淀粉，经过交联剂处理、并结合聚乙二醇、海藻酸钠的优势后，均能够得到兼顾韧性和粘结性能的粘结剂。其次，专利技术人发现，相对于直链淀粉而言，支链淀粉因其具有高支化度的特性，更加适合用于制备本发
明的三维网络聚合物粘结剂。因此，在实际的应用中，优选上述具体的支链淀粉种类，能够得到具有更加优秀韧性和粘结性能的粘结剂。
[0026]在一种优选的实施方式中，淀粉与聚乙二醇的重量比为(0.5～10):(0.1～3)。聚乙二醇起到增韧剂的效果，按照上述优选的用量，更加有利于提升粘结剂韧性。聚乙二醇为链状高分子聚合物，其分子链段柔性极佳，按照上述的重量比添加到上述粘结剂中，有利于进一步提高粘结剂的韧性。
[0027]在一种优选的实施方式中，淀粉与海藻酸钠的重量比为(0.5～10):(0.1～3)。海藻酸钠起到增粘的作用，按照上述优选的用量，更加有利于使粘结剂的粘性得以提升。海藻酸钠骨架上含有丰富的羟基和羧基，能与硅颗粒表面的羟基形成氢键相互作用，按照上述的重量比添加到上述粘结剂中，更加有利于增加粘结剂的粘性。
[0028]在一种优选的实施方式中，淀粉与交联剂的重量比为(0.5～10):(0.01～0.8)。优选上述交联剂的用量，更加有利于实现三维网状结构的构建，从而使粘结剂能够更好地缓解硅负极体积膨胀产生的应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1，在第一热处理的条件下，将淀粉与水混合，进行糊化处理，得到淀粉糊；然后继续在所述第一热处理的条件下，在所述淀粉糊中依次加入糊精、交联剂、聚乙二醇，使其进行第一反应，得到混合浆液；S2，在第二热处理的条件下，将所述混合浆液与海藻酸钠混合，进行第二反应，得到所述硅基负极粘结剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉包括直链淀粉和/或支链淀粉；优选所述淀粉为所述支链淀粉；更优选所述支链淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉中的一种或多种；更优选所述支链淀粉的平均分子量为1000～100万。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉与所述聚乙二醇的重量比为(0.5～10):(0.1～3)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉与所述海藻酸钠的重量比为(0.5～10):(0.1～3)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉与所述交联剂的重量比为(0.5～10):(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪勋，严大洲，杨涛，李艳平，温国胜，韩治成，刘诚，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：