一种复合粘结剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及锂电池粘结剂，尤其涉及一种复合粘结剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着新型负极材料研究的深入，硅基负极材料作为下一代高能锂离子电池的重要组成部分，因其超高的理论比容量而受到越来越多的关注，并且已经迈出了商业化应用的步伐。硅基负极材料的产业化也在加速，但也存在一些障碍，其中之一是硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀问题。

2、对于整个电极，体积变化导致电极结构坍塌和电极剥落，造成电极材料与集流体电接触中断，而体积变化还会引起粘结剂逐渐失效，使得粘结剂破碎，而粘结剂失效破碎后会使得活性材料与导电剂、粘结剂之间失去接触，从而导致电池容量快速衰减。

3、综上所述，硅基负极材料因自身的体积膨胀效应阻碍了其大规模的应用，因此，如何抑制硅基负极材料在应用过程中的体积膨胀已成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合粘结剂及其制备方法与应用。该复合粘结剂不仅具有较高的拉伸强度，降低了电极的膨胀率，且对电极有较强附着力和自愈合能力，稳定了电极的结构，延长了电极的循环寿命。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种复合粘结剂，所述复合粘结剂包括第一组分、第二组分和第三组分；

3、所述第一组分为含氰基的物质；

4、所述第二组分为含有叠氮基团的聚合物；

5、所述第三组分为含有羧基和/或羟基的聚合物粘结剂；

6、所述第一组分和所述第二组分反应生成四唑基团，所述四唑基团含有富氮杂环主链，具有多个配位位点，所述多个配位位点与所述第三组分中的羧基和/或羟基之间形成多个动态离子键，所述多个动态离子键的解离和重组所形成的动态网络结构对所述复合粘结剂破碎的界面进行重建，提高电极的自愈合能力，使电极保持完整性。

7、优选的，所述第一组分和所述第二组分的质量比为1:15-10:1；

8、所述第一组分和所述第二组反应形成的沉淀物与所述第三组分的质量比为1:9-9:1。

9、优选的，所述第一组分包括聚丙烯腈、亚铁氰化钾、乙腈、正丁腈、苯乙腈中的一种或多种；

10、所述第二组分包括聚(乙二醇)双叠氮化物、羟基聚(乙二醇)叠氮化物、胺基聚(乙二醇)叠氮化物、羧基聚(乙二醇)叠氮化物、生物素聚(乙二醇)叠氮化物中的一种或多种；

11、所述第三组分包括聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、羧甲基壳聚糖、壳聚糖、阿拉伯胶、瓜尔胶、果胶中的一种或多种。

12、第二方面，本发明提供了一种上述第一方面所述的复合粘结剂的制备方法，所述制备方法包括：

13、将第一组分和第二组分溶于第一有机溶剂中，然后进行油浴搅拌加热，获得第一混合物；

14、将所述第一混合物加入醇类溶剂中，形成沉淀，将离心处理后获得的沉淀物溶解于第二有机溶剂中，重复多次上述沉淀/溶解过程，将最终沉淀物置于烘箱干燥，获得干燥物；

15、将得到的干燥物溶于第三有机溶剂中，获得第二混合物，并将所述第二混合溶液与含有第三组分的水溶液混合，得到质量分数为2％-10％的复合粘结剂溶液；

16、所述第一组分为含氰基的物质；

17、所述第二组分为含有叠氮基团的聚合物；

18、所述第三组分为含有羧基和/或羟基的聚合物粘结剂。

19、优选的，所述第一组分和所述第二组分的质量比为1:15-10:1；

20、所述干燥物与所述第三组分的质量比为1:9-9:1。

21、优选的，所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种；

22、所述第一有机溶剂包括丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、丁酮、甲基丙酮、二甲基砜、二甲亚砜、n-甲基乙酰胺中的一种或多种；

23、所述第二有机溶剂包括丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、丁酮、甲基丙酮、二甲基砜、二甲亚砜、n-甲基乙酰胺中的一种或多种；

24、所述第三有机溶剂包括丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、丁酮、甲基丙酮、二甲基砜、二甲亚砜、n-甲基乙酰胺中的一种或多种。

25、优选的，油浴搅拌加热时的加热温度为120℃-160℃，加热时间为8-16h，搅拌转速为100-500r/s。

26、优选的，所述干燥的温度为40℃-80℃，所述干燥的时间为12-24h。

27、第三方面，本发明提供了一种负极极片，所述负极极片包括上述第一方面任所述的复合粘结剂。

28、第四方面，本发明提供了一种锂电池，所述锂电池包括上述第三方面所述的负极材极片。

29、本发明实施例提供的复合粘结剂，包括第一组分、第二组分和第三组分；；第一组分和第二组分反应生成四唑基团，四唑基团含有富氮杂环主链，具有多个配位位点，多个配位位点与第三组分中的羧基和/或羟基之间形成多个动态离子键，所述多个离子键的解离和重组所形成的动态网络结构对复合粘结剂破碎的界面进行重建，提高电极的自愈合能力，使电极保持完整性。本发明提供的复合粘结剂不仅具有较高的拉伸强度，降低了电极的膨胀率，且对电极有较强附着力和自愈合能力，稳定了电极的结构，延长了电极的循环寿命。

技术特征：

1.一种复合粘结剂，其特征在于，所述复合粘结剂包括第一组分、第二组分和第三组分；

2.根据权利要求1所述的复合粘结剂，其特征在于，所述第一组分和所述第二组分的质量比为1:15-10:1；

3.根据权利要求1所述的复合粘结剂，其特征在于，所述第一组分包括聚丙烯腈、亚铁氰化钾、乙腈、正丁腈、苯乙腈中的一种或多种；

4.一种上述权利要求1-3任一所述的复合粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一组分和所述第二组分的质量比为1:15-10:1；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一组分包括聚丙烯腈、亚铁氰化钾、乙腈、正丁腈、苯乙腈中的一种或多种；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，油浴搅拌加热时的加热温度为120℃-160℃，加热时间为8-16h，搅拌转速为100-500r/s。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为40℃-80℃，所述干燥的时间为12-24h。

9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括上述权利要求1-3任一所述的复合粘结剂。

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求9所述的负极极片。

技术总结
本发明实施例涉及一种复合粘结剂及其制备方法与应用，其中，复合粘结剂包括第一组分、第二组分和第三组分；第一组分为含氰基的物质；第二组分为含有叠氮基团的聚合物；第三组分为含有羧基和/或羟基的聚合物粘结剂；第一组分和第二组分反应生成四唑基团，四唑基团含有富氮杂环主链，具有多个配位位点，多个配位位点与第三组分中的羧基和/或羟基之间形成多个动态离子键，多个动态离子键的解离和重组所形成的动态网络结构对复合粘结剂破碎的界面进行重建，提高电极的自愈合能力，使电极保持完整性。本发明提供的复合粘结剂不仅具有较高的拉伸强度，降低了膨胀率，且对电极有较强附着力和自愈合能力，稳定了电极的结构，延长了电极的循环寿命。

技术研发人员：韩林,殷营营,刘柏男,罗飞
受保护的技术使用者：溧阳天目先导电池材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21