【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种粘结剂的制备方法，以及其用于电池。
技术介绍
1、锂离子电池自1991年商业化以来取得了巨大的进步，广泛应用于各种便携式电子设备以及新能源汽车等领域，是目前应用最为广泛的化学电源。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。传统的锂离子电池使用石墨作为负极，其理论比容量仅为372mah/g，很难让锂离子电池的能量密度实现大的提升。硅凭借超高的理论比容量（高温可达4200mah/g）、高体积比容量（9786mah/cm3）、低脱嵌锂电位（＜0.5v vs. li/li+）、高储藏、低污染等优势，成为最具潜力的下一代负极材料之一。但硅基负极材料本身也存在一些缺陷，如脱嵌锂过程中会发生巨大的体积变化，产生的应力很容易导致硅颗粒的破裂和粉化并失去活性，此外大体积变化也会导致固态电解质界面膜（sei）的不断破裂和重组，造成活性锂的消耗，综合导致硅基负极的容量在循环中急剧衰减，并严重限制硅基负极的实际应用。
2、粘结剂是将电极活性物质和导电剂粘附在集流体上的锂离子电池重要非活性成分，其性能的优劣直接影响了电池的电化学性能。锂离子电池用的水性粘结剂主要为：丁苯橡胶（sbr）/羧甲基纤维素钠（cmc）、聚丙烯酸（paa）、海藻酸钠（naalg）、聚乙烯醇（pva）等。采用sbr作为粘结剂，必须同时添加cmc作为增稠剂，但cmc粘性一般，且脆性大、柔性差，充放电时极片易龟裂。采用paa作为粘结剂，由于该聚合物玻璃化转变温度高，在常温下较硬，由此类粘
3、多羟基聚合物具有良好的热稳定性和成膜性，且能够和硅表面的羟基官能团形成氢键作用，从而可以在一定程度上缓冲硅负极的体积膨胀。
4、中国专利文献cn202310814397.7提供了一种改性聚乙烯醇粘结剂及其制备方法、改性复合集流体，所述制备方法包括如下步骤：将聚乙烯醇水溶液交替进行冷冻和解冻，得到预交联聚乙烯醇；将所述预交联聚乙烯醇置于锂盐溶液中进行处理，得到所述改性聚乙烯醇粘结剂，其具有双重交联网络和丰富的支链结构，具有高延伸性、优异的粘接性能和补锂效果。
5、但是，使用单一的多羟基聚合物粘结剂存在黏度低、功能性差、电极材料分散性差的弊端，使得硅负极的电化学性能仍然有很大的提升空间。因此，迫切需要开发具有高粘接性、高柔韧性和高电子传输效率的聚合物粘结剂，以保持电极结构稳定，提高电池循环寿命。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种粘结剂的制备方法，制备得到的粘结剂能够有效适应负极活性材料在锂离子嵌入/脱出过程中的体积变化，保证电极浆料不从集流体上脱落，有效减少了活性物质的损失和电池容量的衰减，提高了电池的循环稳定性和循环寿命。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种粘结剂的制备方法，包括以如下步骤：
3、（1）将n-羟乙基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠加入到去离子水中，搅拌均匀，得到单体混合液，持续通入n2，将单体混合液预加热，加入一部分过硫酸铵水溶液，升温并加入剩余过硫酸铵水溶液，搅拌反应，将产物用乙醇、丙酮洗涤、干燥，得到n-羟乙基丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠共聚物；
4、（2）将n-羟乙基丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠共聚物、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷加入到二甲基亚砜中，然后加入二月桂酸二丁基锡，搅拌反应得混合液，将混合液滴入四氢呋喃中，离心收集沉淀，洗涤、干燥，得到粘结剂。
5、所述的一种粘结剂的制备方法，其步骤（1）中n-羟乙基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、去离子水的重量体积比为3～6g：1～3g：50～80ml。
6、进一步，所述的步骤（1）中过硫酸铵加入量为单体混合液总量的0.5～2%。
7、进一步，所述的步骤（1）中预加热至30～55℃，升温至45～70℃，搅拌反应条件为300～500r/min下搅拌反应3～6h。
8、所述的一种粘结剂的制备方法，其步骤（2）中n-羟乙基丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠共聚物、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、二甲基亚砜、二月桂酸二丁基锡的重量体积比为7～11g：0.1～2g：60～80ml：0.005～0.1g；二甲基亚砜与四氢呋喃的体积比为1：10～20。
9、进一步，所述的步骤（2）中搅拌反应条件为300～400r/min、40～70℃下搅拌反应10～16h。
10、本专利技术的目的之二是提供一种上述制备方法制备得到的粘结剂。
11、本专利技术的目的之三是提供一种电池，包含负极片，所述负极片包括负极浆料，所述的负极浆料包含导电剂、负极活性材料和上述粘结剂，粘结剂在负极浆料中的质量比为5～10%。
12、所述的一种电池，其负极活性材料为硅基负极活性材料或石墨负极活性材料。
13、所述的一种电池，其导电剂为super-p、科琴黑、乙炔黑、ks-6中的一种或多种。
14、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
15、1，本专利技术粘结剂一方面能够提高粘结剂的锂离子电导率，改善电极的离子传输能力，另一方面还具有良好的力学性能、成膜性和粘结性，适用于硅基负极活性材料，能与硅表面的羟基官能团形成氢键作用和化学键连接，使粘结剂能够有效适应负极活性材料在锂离子嵌入/脱出过程中的体积变化，保证电极浆料不从集流体上脱落，有效减少了活性物质的损失和电池容量的衰减，提高了电池的循环稳定性和循环寿命。
16、2，本专利技术粘结剂以n-羟乙基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠为单体，在过硫酸铵引发下，得到n-羟乙基丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠共聚物，所得聚合物中具有两类结构单元，一类是侧链含羟基的丙烯酰胺类结构单元，另一类是侧链含磺酸基团的苯乙烯类结构单元；羟基、酰胺基等极性基团能与硅颗粒表面形成氢键，提高对硅基活性材料的粘接能力；刚性苯环的引入能够增加粘结剂的玻璃化转变温度，提升粘结剂的杨氏模量和力学性能，从而更好地抑制硅的体积膨胀并缓解极片的开裂；而磺酸基团则与锂离子具有较强亲和力，能够显著提升电池的离子传导率，改善粘结剂的离子传输能力，提高电池的比容量和循环寿命；之后，又以dbtdl为催化剂，使异氰酸丙基三乙氧基硅烷的异氰酸酯根与共聚物侧链中的羟基发生反应，引入硅氧烷链段制得粘结剂，该硅氧烷链段在水解后能够与活性材料、集流体表面的羟基发生缩合反应，在充放电过程中将硅基活性材料、导电剂紧密粘接在集流体上，可以进一步提升粘结剂的粘接强度，能够显著抑制负极活性材料在锂脱嵌过程中的体积膨胀，避免其粉化、脱落，从而进一步延长锂离子电池的循环性能。
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1.一种粘结剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤
2.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中每3～6g N-羟乙基丙烯酰胺对应1～3g对苯乙烯磺酸钠和50～80mL去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中过硫酸铵加入量为单体混合液的0.5～2%。
4.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中预加热至30～55℃，升温至45～70℃，搅拌反应条件为300～500r/min下搅拌反应3～6h。
5.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中每7～11g N-羟乙基丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠共聚物对应0.1～2g异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、60～80mL二甲基亚砜和0.005～0.1g二月桂酸二丁基锡；二甲基亚砜与四氢呋喃的体积比为1：10～20。
6.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中搅拌反应条件为300～400r/min、40～70℃下搅拌反应1
7.一种如权利要求1至6任意项所述的制备方法制备得到的粘结剂。
8.一种电池，包含负极片，所述负极片包括负极浆料，其特征在于，所述的负极浆料包含导电剂、负极活性材料和权利要求7所述的粘结剂，粘结剂在负极浆料中的质量比为5～10%。
9.根据权利要求8所述的一种电池，其特征在于，所述的负极活性材料为硅基负极活性材料或石墨负极活性材料。
10.根据权利要求8所述的一种电池，其特征在于，所述的导电剂为Super-P、科琴黑、乙炔黑、KS-6中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种粘结剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤
2.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中每3～6g n-羟乙基丙烯酰胺对应1～3g对苯乙烯磺酸钠和50～80ml去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中过硫酸铵加入量为单体混合液的0.5～2%。
4.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中预加热至30～55℃，升温至45～70℃，搅拌反应条件为300～500r/min下搅拌反应3～6h。
5.根据权利要求1所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中每7～11g n-羟乙基丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠共聚物对应0.1～2g异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、60～80ml二甲基亚砜和...
【专利技术属性】
技术研发人员：张祥功，王磊，王洋洋，魏冰歆，周思思，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶集团有限公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：
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