【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体涉及一种粘度可控的硅负极水系粘结剂及其制备方法、负极片及电池。
技术介绍
1、锂电池因具有电压高、重量轻、能量密度高、使用寿命长、自放电低等优点被广泛应用于各类电子设备和电动汽车中，锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解质组成，其中负极材料作为锂电池的核心部件之一，对锂电池的性能和循环寿命起着至关重要的作用。常见的负极材料有石墨、硅基材料、钛基材料等，硅基材料作为目前已知的理论容量最高的一种负极材料，是目前市场研究的热点之一。
2、硅基负极的高理论容量归因于在充放电过程中，si最多可以与4.4个li结合形成li22si5合金，对应于4200mah/g的比容量。同时，由于硅的储锂机理是合金化反应，因此在锂离子的嵌入脱出过程中不会发生电解质溶剂的共嵌入，有着较宽的电解液的选择范围。另外，相较于碳材料，硅有更高的脱嵌电位，这使得它在大倍率下充放电时可以减少锂的析出，从而避免了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。因此，硅是一种很有潜力的电池负极材料。
3、然而，硅电极现在主要有两个问题，一是其本身的导电性较差；二是其在充放电过程中会有较大的体积膨胀(高达300％)。其中，体积膨胀又会带来的一系列的问题，主要有三个方面：1、硅颗粒与导电剂、集流体之间的接触变松，造成部分硅颗粒电隔离，从而失去活性，造成容量损失；2、在体积膨胀过程中，会破坏原有的固体电解质界面层(sei)，使得电解液与硅直接接触，形成不稳定的sei层，这一过程会持续消耗锂离子和电解液，从而降低了库仑效率，造成了部分不可逆容量的损失；
4、粘结剂是解决上述问题的重要手段之一，粘结剂的主要作用是将硅负极固定在集流体上，防止硅负极在充放电过程中因体积膨胀而脱落。聚丙烯酸(paa)本身具有较多的官能团，与硅颗粒之间可形成良好的作用力，能够有效地将硅颗粒固定在集流体上，并提供良好的电子和离子传输通道，但是paa链较为脆弱、成本相对较高，限制了其在硅负极中的应用。目前，通过接枝或者网状交联的方法都能够提高paa对硅负极的粘结力。然而，接枝的paa机械性能不足，无法有效缓解硅纳米颗粒的粉化；而网状交联的paa与硅之间的键合不足，无法有效适应硅的体积膨胀。因此开发一种既能与硅之间产生较多键合，又能有效缓解硅纳米颗粒的粉化，并且价格低廉的锂离子电池硅基负极粘结剂的制备方法具有重要的实际意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种粘度可控的硅负极水系粘结剂及其制备方法、负极片及电池，这种粘结剂具有良好的粘结性和抗溶胀性，能有效缓解硅负极在充放电过程中的体积膨胀，从而提升电池的循环稳定性和倍率性能。
2、第一方面，本专利技术提供了一种粘度可控的硅负极水系粘结剂，所述粘结剂包括第一类单体、第二类单体、生物螯合剂的聚合物。
3、所述第一类单体包括丙烯酸和/或丙烯酸衍生物类单体。
4、所述第二类单体包括丙烯酰胺基导电离子液体。
5、所述生物螯合剂包括多酚羟基生物螯合剂。
6、在一些实施方式中，所述第一类单体、第二类单体、生物螯合剂的质量比为(7～9)：(0.5～1)：(0.5～2)。
7、在一些实施方式中，所述丙烯酸衍生物类单体选自丙烯酰胺类单体、丙烯腈类单体、丙烯酯类单体、丙烯酸酐类单体、丙烯酰氯类单体中的至少一种，所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-甲基丙烯酰胺、n-乙基丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、n-羟乙基丙烯酰胺、n-羟丙基丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺和n,n-二乙基丙烯酰胺中的至少一种；所述丙烯腈类单体选自丙烯腈、α-甲基丙烯腈和α-乙基丙烯腈中的至少一种；所述丙烯酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸-2-羟基乙酯中的至少一种；所述丙烯酸酐类单体选自丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐中的至少一种；所述丙烯酰氯类单体选自丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、2-乙基丙烯酰氯、异丁基丙烯酰氯中的至少一种。
8、在一些实施方式中，所述丙烯酰胺基导电离子液体具有式ⅰ所示的结构：
9、
10、其中，r选自非氢支链取代基，具体选自c1-c8的取代或未取代的烷烃基、c1-c8的取代或未取代的烷氧基、c2-c8的取代或未取代的环氧基、c2-c8的取代或未取代的不饱和烃基、c3-c8的取代或未取代的环烃基、c3-c8的取代或未取代的杂环基、c6-c12的取代或未取代的芳基、c1-c8的酯基、c1-c8的羧基、c1-c8的腈基、c1-c8的磷酸基、c1-c8的磺酸基、c1-c8的羟基、c1-c8的硼酸基、c1-c8的硫羟基、c1-c8的醛基、c1-c8的酰胺基、c1-c8的硝基和c1-c8的异氰酸酯基中的一种，其中被取代时取代基选自c1-c4的烷烃基、c1-c4的烷氧基、硫醚基、酮基、醚基、胺基、亚胺基、碳酸酯基、氨基甲酸酯基和卤素中的一种；
11、x选自c1-c8的取代或未取代的烷烃基、c1-c8的取代或未取代的烷氧基、c2-c8的取代或未取代的不饱和烃基、c3-c8的取代或未取代的环烃基和c6-c12的取代或未取代的芳基中的一种，其中被取代时取代基选自卤素；
12、yˉ选自卤素离子、磷酸根离子、高氯酸根离子、醋酸根离子、含氟磷酸根离子、含氟硼酸根离子、含氟磺酸根离子和含氟磺酰亚胺根离子中的一种；
13、z+选自n杂环液体阳离子基团；
14、r'选自c1-c8的取代或未取代的烷烃基、c1-c8的取代或未取代的烷氧基、c2-c8的取代或未取代的不饱和烃基、c3-c8的取代或未取代的环烃基、c3-c8的取代或未取代的杂环基、c6-c12的取代或未取代的芳基、c1-c8的酯基、c1-c8的羧基、c1-c8的腈基、c1-c8的磷酸基和c1-c8的磺酸基中的一种，其中被取代时取代基选自c1-c4的烷烃基、c1-c4的烷氧基、硫羟基、硫醚基、酮基、醛基、酯基、醚基、胺基、亚胺基、酰胺基、硝基、羧酸基、碳酸酯基、异氰酸酯基、氨基甲酸酯基、卤素中的一种。
15、作为一些优选的方案，r选自c1-c4的含氧基团，具体选自c1-c4的烷氧基、c1-c4的卤代烷氧基、c2-c4的环氧基、c2-c4的卤代环氧基、c1-c4的酯基、c1-c4的羧基、c1-c4的磷酸基、c1-c4的磺酸基、c1-c4的羟基、c1-c4的硼酸基、c1-c4的硫羟基、c1-c4的醛基、c1-c4的酰胺基、c1-c4的硝基和c1-c4的异氰酸酯基中的一种；
16、x选自c1-c4的烷烃基、c1-c4的卤代烷烃基、c1-c4的烷氧基、c1-c4的卤代本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括第一类单体、第二类单体、生物螯合剂的聚合物，所述第一类单体包括丙烯酸和/或丙烯酸衍生物类单体，所述第二类单体包括丙烯酰胺基导电离子液体，所述生物螯合剂包括多酚羟基生物螯合剂；
2.根据权利要求1所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述丙烯酸衍生物类单体选自丙烯酰胺类单体、丙烯腈类单体、丙烯酯类单体、丙烯酸酐类单体、丙烯酰氯类单体中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述丙烯酰胺基导电离子液体具有式Ⅰ所示的结构：
4.根据权利要求1所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述多酚羟基生物螯合剂选自单宁酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素、花色苷、花青素、茶多酚和褐藻多酚中的至少一种，优选为单宁酸。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中还加入引发
7.根据权利要求5所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺基导电离子液体的制备方法包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S01的具体操作方法为：将丙烯酸、含氨基化合物、脱水剂和第一有机溶剂混合加入到反应器，在70～110℃下加热搅拌1～12h，直至分水器中无水产生，搅拌结束后冷却至室温，50～60℃减压蒸馏后水洗3次得到中间产物；
9.一种负极片，其特征在于，包括集流体和负极材料，所述负极材料包括硅基活性物质、导电剂和权利要求1-4任一项所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂。
10.一种电池，其特征在于，包括正极片、隔膜、电解质和权利要求9所述的负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括第一类单体、第二类单体、生物螯合剂的聚合物，所述第一类单体包括丙烯酸和/或丙烯酸衍生物类单体，所述第二类单体包括丙烯酰胺基导电离子液体，所述生物螯合剂包括多酚羟基生物螯合剂；
2.根据权利要求1所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述丙烯酸衍生物类单体选自丙烯酰胺类单体、丙烯腈类单体、丙烯酯类单体、丙烯酸酐类单体、丙烯酰氯类单体中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述丙烯酰胺基导电离子液体具有式ⅰ所示的结构：
4.根据权利要求1所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂，其特征在于，所述多酚羟基生物螯合剂选自单宁酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素、花色苷、花青素、茶多酚和褐藻多酚中的至少一种，优选为单宁酸。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的粘度可控的硅负极水系粘结剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，张佳宾，王兴辉，陈浩，庄逸枫，周雪婷，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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