本發(fā)明屬于電池粘結(jié)劑領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池粘結(jié)劑，具體涉及一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑。

背景技術(shù)：

鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備，更有望成為近年來興起的電動車和混合動力車的能源，具有重要的商業(yè)價值。目前商品化鋰離子電池的正極材料以氧化物正極材料如licoo2、limn2o4和lifepo4等為主；負(fù)極材料是石墨以及以石墨為前軀體的各種碳材料。雖然碳材料具有良好的可逆充放電性能，但是其理論容量低（372mah/g），高倍率充放電性能差。并且當(dāng)電池過充電時，碳材料表面易形成鋰枝晶，引起短路，產(chǎn)生安全隱患。由于碳材料已經(jīng)很難滿足當(dāng)今電子信息、能源技術(shù)飛速發(fā)展的需要，因此開發(fā)新型且可靠的高容量鋰離子電池負(fù)極材料成為高性能鋰離子電池發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

硅可作為鋰離子電池的負(fù)極材料，并且以其高的質(zhì)量比容量（4200mah/g）和材料豐富、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視。但是硅負(fù)極材料在嵌脫鋰過程中產(chǎn)生巨大的體積變化，導(dǎo)致電極容量衰減快，循環(huán)性能差，難以商業(yè)化。納米尺度的硅材料可望解決這一問題。近年來，許多硅納米材料已被合成，并且有效地提高了硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能。但是，強(qiáng)健的粘結(jié)劑是硅基納米負(fù)極材料應(yīng)用的先決條件。在鋰離子電池中，粘結(jié)劑是將活性材料和導(dǎo)電添加劑粘結(jié)到集流體上，形成電子導(dǎo)路，保證電池正常運(yùn)行的高分子材料。在充放電過程中，粘結(jié)劑有效地維持電極結(jié)構(gòu)完整，確保電極材料能夠可重復(fù)的嵌脫鋰。所以，粘結(jié)劑是鋰離子電池正常運(yùn)行的一個至關(guān)重要的因素。現(xiàn)在用于硅基負(fù)極材料的粘結(jié)劑主要是聚氟高分子材料，如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等，價格較為昂貴，對環(huán)境也會產(chǎn)生負(fù)面的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑，它包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：

透明質(zhì)酸鈉50~100%；

海藻酸鈉0~50%。

優(yōu)化地，它包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：

透明質(zhì)酸鈉60~80%；

海藻酸鈉20~40%。

進(jìn)一步地，它包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：

透明質(zhì)酸鈉66.7%；

海藻酸鈉33.3%。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑，通過將透明質(zhì)酸鈉單獨(dú)或者與海藻酸鈉混合使用，由于透明質(zhì)酸鈉能分散在水中形成粘稠液，其分子內(nèi)含有較多羥基極性官能團(tuán)，可與硅表面氧化硅層形成更多氫鍵，進(jìn)一步增強(qiáng)粘結(jié)劑與硅材料間的粘結(jié)力，使得制得的電極具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性，不容易導(dǎo)致電極活性材料的剝離或脫落；而且成本較低，可以顯著提高硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能，具有較高的性價比和較好的市場潛力。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中電池的循環(huán)性能圖；

圖2為實(shí)施例2中電池的循環(huán)性能圖；

圖3為實(shí)施例1中電池循環(huán)500周后硅負(fù)極的sem圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑，它包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：透明質(zhì)酸鈉50%~100%；海藻酸鈉0~50%。通過將透明質(zhì)酸鈉單獨(dú)或者與海藻酸鈉混合使用，由于透明質(zhì)酸鈉能分散在水中形成粘稠液，其分子內(nèi)含有較多羥基極性官能團(tuán)，可與硅表面氧化硅層形成更多氫鍵，進(jìn)一步增強(qiáng)粘結(jié)劑與硅材料間的粘結(jié)力；而且成本較低，可以顯著提高硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能，具有較高的性價比和較好的市場潛力。

上述透明質(zhì)酸鈉和海藻酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別優(yōu)選為60%~80%、20~40%，最優(yōu)選為透明質(zhì)酸鈉66.7%、海藻酸鈉33.3%；因?yàn)橥该髻|(zhì)酸鈉和海藻酸鈉的交聯(lián)作用增強(qiáng)了粘結(jié)劑的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)一步提高納米硅電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

下面將結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑及其應(yīng)用，該鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑為透明質(zhì)酸鈉，具體應(yīng)用為：

量取1.5ml的去離子水加入稱量瓶，稱量0.03g透明質(zhì)酸鈉（100%）加入稱量瓶，攪拌溶解；稱量硅納米顆粒0.14g和乙炔黑0.03g，研磨均勻，加入稱量瓶，攪拌10h，分散均勻；將和好的漿液均勻地涂抹到處理好的cu箔上，在真空條件下80℃干燥12h，切片；將干燥的極片移到手套箱中，以鋰片作為對電極，組裝2032扣式電池（電解液為1mlipf6為導(dǎo)電鹽的體積比為1：1：1的ec/dmc/dec溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的vc和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的fec作為添加劑）；將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學(xué)性能（其中充放電倍率均為0.2c，電壓范圍在0.01~1v）。測得該硅負(fù)極首次放電容量達(dá)到3036.45mah/g，循環(huán)500圈之后，放電容量為1819.05mah/g，容量保持率為60%（如圖1和圖3所示），具有優(yōu)異的循環(huán)性能。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑及其應(yīng)用，該鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑為透明質(zhì)酸鈉和海藻酸鈉的混合物，具體應(yīng)用為：

量取1.5ml的去離子水加入稱量瓶，稱量0.02g透明質(zhì)酸鈉（66.7%）和0.01g（33.3%）海藻酸鈉加入稱量瓶，攪拌溶解；稱量硅納米顆粒0.14g和乙炔黑0.03g，研磨均勻，加入稱量瓶，攪拌10h，分散均勻；將和好的漿液均勻地涂抹到處理好的cu箔上，在真空條件下80℃干燥12h，切片。將干燥的極片移到手套箱中，以鋰片作為對電極，組裝2032扣式電池（電解液為1mlipf6為導(dǎo)電鹽的體積比為1：1：1的ec/dmc/dec溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的vc和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的fec作為添加劑）；將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學(xué)性能。測得該硅負(fù)極首次放電容量達(dá)到2161.6mah/g，循環(huán)500圈之后，放電容量為1810.2mah/g，容量保持率為83.7%（如圖2所示）。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑及其應(yīng)用，該鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑為透明質(zhì)酸鈉和海藻酸鈉的混合物，具體應(yīng)用為：

量取1.5ml的去離子水加入稱量瓶，稱量0.015g透明質(zhì)酸鈉（50%）和0.015g海藻酸鈉（50%）加入稱量瓶，攪拌溶解；稱量硅納米顆粒0.14g和乙炔黑0.03g，研磨均勻，加入稱量瓶，攪拌10h，分散均勻；將和好的漿液均勻地涂抹到處理好的cu箔上，在真空條件下80℃干燥12h，切片；將干燥的極片移到手套箱中，以鋰片作為對電極，組裝2032扣式電池（電解液為1mlipf6為導(dǎo)電鹽的體積比為1：1：1的ec/dmc/dec溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的vc和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的fec作為添加劑）；將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學(xué)性能。由于海藻酸鈉的比例增加，導(dǎo)致電極容量保持率有所下降，測得該硅負(fù)極首次放電容量達(dá)到2038.1ah/g，循環(huán)500圈之后，放電容量為1467.2mah/g，容量保持率為70.33%）。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑及其應(yīng)用，該鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑為透明質(zhì)酸鈉和海藻酸鈉的混合物，具體應(yīng)用為：

量取1.5ml的去離子水加入稱量瓶，稱量0.024g透明質(zhì)酸鈉（80%）和0.006g海藻酸鈉（20%）加入稱量瓶，攪拌溶解；稱量硅納米顆粒0.14g和乙炔黑0.03g，研磨均勻，加入稱量瓶，攪拌10h，分散均勻；將和好的漿液均勻地涂抹到處理好的cu箔上，在真空條件下80℃干燥12h，切片；將干燥的極片移到手套箱中，以鋰片作為對電極，組裝2032扣式電池（電解液為1mlipf6為導(dǎo)電鹽的體積比為1：1：1的ec/dmc/dec溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的vc和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的fec作為添加劑）；將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學(xué)性能。測得該硅負(fù)極首次放電容量達(dá)到2931.8ah/g，循環(huán)500圈之后，放電容量為2087.8mah/g，容量保持率為71.2%。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑及其應(yīng)用，該鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑為透明質(zhì)酸鈉和海藻酸鈉的混合物，具體應(yīng)用為：

量取1.5ml的去離子水加入稱量瓶，稱量0.018g透明質(zhì)酸鈉（60%）和0.012g海藻酸鈉（40%）加入稱量瓶，攪拌溶解；稱量硅納米顆粒0.14g和乙炔黑0.03g，研磨均勻，加入稱量瓶，攪拌10h，分散均勻；將和好的漿液均勻地涂抹到處理好的cu箔上，在真空條件下80℃干燥12h，切片；將干燥的極片移到手套箱中，以鋰片作為對電極，組裝2032扣式電池（電解液為1mlipf6為導(dǎo)電鹽的體積比為1：1：1的ec/dmc/dec溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的vc和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的fec作為添加劑）；將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學(xué)性能。測得該硅負(fù)極首次放電容量達(dá)到2988.7ah/g，循環(huán)500圈之后，放電容量為2207.6mah/g，容量保持率為73.86%。

對比例1

本實(shí)施例提供一種鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑及其應(yīng)用，該鋰離子電池硅基負(fù)極材料粘結(jié)劑為透明質(zhì)酸鈉，具體應(yīng)用為：

量取1.5ml的去離子水加入稱量瓶，稱量0.03g海藻酸鈉（100%）加入稱量瓶，攪拌溶解；稱量硅納米顆粒0.14g和乙炔黑0.03g，研磨均勻，加入稱量瓶，攪拌10h，分散均勻；將和好的漿液均勻地涂抹到處理好的cu箔上，在真空條件下80℃干燥12h，切片；將干燥的極片移到手套箱中，以鋰片作為對電極，組裝2032扣式電池（電解液為1mlipf6為導(dǎo)電鹽的體積比為1：1：1的ec/dmc/dec溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的vc和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的fec作為添加劑）；將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學(xué)性能（其中充放電倍率均為0.2c，電壓范圍在0.01~1v）。測得該硅負(fù)極首次放電容量達(dá)到3188.2ah/g，循環(huán)500圈之后，放電容量為1802.5mah/g，容量保持率為56.53%。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。