【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及一种硅粘结剂、包含硅粘结剂的负极和锂离子电池。
技术介绍
1、在商业化的二次电池中，锂离子电池是目前能量密度最高的二次电池，但是基于“脱嵌”理论的锂离子电池，其理论比容量目前小于300ma h g-1，实际能量密度小于200whkg-1，远不能满足人们对电动汽车500km续航的需求。因此亟需开发具有高理论比容量的电极材料。硅负极具有成本低、理论比容量高(4200ma h g-1)的优势，有望大幅度提高锂离子电池能量密度。
2、然而基于锂硅合金反应的硅负极在嵌锂/脱锂过程中将面临巨大的体积变化(超过300％)，硅颗粒在体积变化过程中会不断破碎并从电极上脱落，而硅本身的导电性较差，从电极中脱落的硅不会再参与电化学反应，因此造成了活性物质的损失，导致容量衰减；其次，电解液中溶剂和锂盐的分解产物在硅颗粒外层形成的固态电解质间相机械性能较差，会在硅颗粒体积膨胀的过程中破碎，从而暴露出新鲜的硅表面，与电解液反应产生新的脆弱的固态电解质间相，如此循环往复，造成活性物质和电解液的不断消耗。同时，不断增厚的固态电解质间相会在电极中累积，造成电极的离子传输和电子传导受阻。最终造成了电池容量迅速衰减。因此，研究开发一种能够与锂离子的原位反应进而提高固态电解质间相(sei)的机械性能，消散颗粒体积膨胀中产生的应力从而避免了硅颗粒的破碎，提升颗粒以及电极结构的稳定性的粘结剂及电极显得尤为重要。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的是提供了一种硅粘结剂、包含
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种硅粘结剂，所述粘结剂包含有稳定的链状主链和侧基或侧链，侧基或侧链包含活泼官能团r1和活泼官能团r2；r1通过氢键或化学反应与硅颗粒相互作用从而提高粘结强度；r2在嵌锂的过程中与锂离子发生反应，提高固态电解质间相强度。
4、基于上述技术方案，进一步地，r1为羧基、醛基、羟基、胺基、酰胺基、酰亚胺基中的一种或两种以上；r2为醛基、酰胺基、酰亚胺基中的一种或两种以上。
5、基于上述技术方案，进一步地，所述主链为聚乙烯、改性聚乙烯或者二者的共聚物，所述聚乙烯、改性聚乙烯或者二者的共聚物的重均分子量范围为10,000-3,000,000，优选为50,000-1000,000。
6、基于上述技术方案，进一步地，r1和r2的结构不同。
7、基于上述技术方案，进一步地，所述的粘结剂的化学结构如下所示：
8、
9、其中，a：b：(n-a-b)＝0-1：0.5-4：1。
10、基于上述技术方案，进一步地，a＝0，b：(n-a-b)＝0.5-2：1。
11、本专利技术另一方面提供一种负极，包含所述的硅粘结剂、硅颗粒(活性物质)和导电添加剂。
12、基于上述技术方案，进一步地，所述的硅颗粒为纳米级硅颗粒、微米级硅颗粒、硅碳复合物中的一种或两种以上；纳米级硅颗粒的尺寸为1-600nm；微米级硅颗粒的尺寸为0.6-50μm；硅碳复合物指通过物理或化学方法制备的硅碳复合物，其中硅的含量在40％-99％。
13、基于上述技术方案，进一步地，所述的粘结剂的含量占电极总量的5wt％-30wt％。
14、基于上述技术方案，进一步地，所述的导电添加剂为碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、bp2000、kb600、kb300、xc-72、superp、乙炔黑、活性炭中的一种或两种以上；其含量占电极总量的2wt％-30wt％。
15、本专利技术另一方面提供上述负极的制备方法，主要包括以下步骤：
16、(1)将所述的粘结剂溶于去离子水中，形成聚合物溶液；
17、(2)加入硅颗粒和导电添加剂，充分搅拌2～20h小时，形成稳定的共混溶液；其中固含量为5～30wt％；
18、(3)将步骤(2)制备的共混溶液倾倒在集流体上，刮涂后形成整体，刮涂的厚度为10～800μm；
19、(4)将步骤(3)形成的整体放置在20～80℃的烘箱中烘干2～24h，得到含硅粘结剂的电极。
20、本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述的负极、隔膜、电解液和正极。
21、基于上述技术方案，进一步地，以锂片为正极，celgard 2325为隔膜，以六氟磷酸锂溶液为电解液。
22、本专利技术的有益结果为：
23、(1)本专利技术的硅粘结剂的为水系粘结剂，无需溶于有机溶剂，可以有效减少制备过程中有机溶剂的使用、减少对环境的污染，同时在干燥过程中，避免了有毒的有机溶剂向大气中的排放，节能环保；
24、(2)本专利技术所制备的含硅粘结剂的负极制备工艺简单、环境友好；
25、(3)本专利技术所制备的含硅粘结剂的负极，利用硅粘结剂上的侧链或侧基与硅颗粒之间的相互作用提高粘结强度、避免硅颗粒的团聚；
26、(4)本专利技术所制备的含硅粘结剂的负极，利用硅粘结剂上的侧链或侧基在嵌锂的过程中与锂离子发生反应，从而集成粘结剂和固态电解质间相，提高了颗粒和固态电解质间相的稳定性；
27、(5)本专利技术所制备的含硅粘结剂的负极，用于锂离子电池时，可以有效减少体积膨胀带来的影响，提高电池的循环稳定性，具有良好的应用前景。
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1.一种硅粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包含有链状主链和侧基或侧链，侧基或侧链包含活泼官能团R1和活泼官能团R2；R1通过氢键或化学反应与硅颗粒相互作用从而提高粘结强度；R2在嵌锂的过程中与锂离子发生反应，提高固态电解质间相强度。
2.根据权利要求1所述的硅粘结剂，其特征在于，R1为羧基、醛基、羟基、胺基、酰胺基、酰亚胺基中的一种或两种以上；R2为醛基、酰胺基、酰亚胺基中的一种或两种以上；所述主链为聚乙烯、改性聚乙烯或者二者的共聚物，所述聚乙烯、改性聚乙烯或者二者的共聚物的重均分子量范围为10,000-3,000,000，优选为50,000-1000,000。
3.根据权利要求1所述的硅粘结剂，其特征在于，所述的粘结剂的化学结构如下所示：
4.一种负极，其特征在于，包含权利要求1-3任一项所述的硅粘结剂、硅颗粒和导电添加剂。
5.根据权利要求4所述的负极，其特征在于，所述的硅颗粒为纳米级硅颗粒、微米级硅颗粒、硅碳复合物中的一种或两种以上。
6.根据权利要求4所述的负极，其特征在于，所述的粘结剂的含量占电极总量的5wt％-
7.根据权利要求4所述的负极，其特征在于，所述的导电添加剂为碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维、BP2000、KB600、KB300、XC-72、SuperP、乙炔黑、活性炭中的一种或两种以上；其含量占电极总量的2wt％-30wt％。
8.权利要求4-7任一项所述的负极的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求4-7任一项所述的负极、隔膜、电解液和正极。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，以锂片为正极，celgard 2325为隔膜，以六氟磷酸锂溶液为电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种硅粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包含有链状主链和侧基或侧链，侧基或侧链包含活泼官能团r1和活泼官能团r2；r1通过氢键或化学反应与硅颗粒相互作用从而提高粘结强度；r2在嵌锂的过程中与锂离子发生反应，提高固态电解质间相强度。
2.根据权利要求1所述的硅粘结剂，其特征在于，r1为羧基、醛基、羟基、胺基、酰胺基、酰亚胺基中的一种或两种以上；r2为醛基、酰胺基、酰亚胺基中的一种或两种以上；所述主链为聚乙烯、改性聚乙烯或者二者的共聚物，所述聚乙烯、改性聚乙烯或者二者的共聚物的重均分子量范围为10,000-3,000,000，优选为50,000-1000,000。
3.根据权利要求1所述的硅粘结剂，其特征在于，所述的粘结剂的化学结构如下所示：
4.一种负极，其特征在于，包含权利要求1-3任一项所述的硅粘结剂、硅颗粒和导电添加剂。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张洪章，李先锋，王雨霄，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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