一种新型硅负极粘结剂及其制备方法及应用

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种新型硅负极粘结剂及其制备方法及应用。

背景技术：

1、硅碳负极是一种新兴的电池负极材料，相对于传统的碳负极具有更高的储能密度和更好的循环稳定性。然而，它也存在一些共性问题。首先，硅碳负极在充放电过程中会发生体积膨胀，影响电池的循环寿命和稳定性；硅碳负极与电解液中的锂离子发生反应时，会形成固态电解质界面层(sei层)，这会导致电极反应的限制和电池性能的衰退；硅碳复合材料的电导性相对较低，这会导致电池内部的电子传输受阻，降低电池的功率性能和充放电速率。为了解决这些共性问题，科学家和工程师们开展大量的研究工作，通过控制硅材料的体积膨胀、优化电解液和粘结剂等手段，可以改善硅负极首效，提高电池的循环性能和容量保持率。其中粘结剂具有特殊的化学和物理性质，能够有效地减轻硅负极材料在首次循环中的体积膨胀和收缩引起的问题。常见的粘结剂如聚丙烯酸(paa)、聚偏氟乙烯(pvdf)和羧甲基纤维素钠(cmc)是具有高弹性和柔韧性的聚合物材料。这些聚合物粘结剂具有优异的粘附性能和化学稳定性，能够与硅负极材料紧密结合，并提供良好的机械支撑性。但是这些聚合物粘结剂制备的硅负极普遍存在离子、电导率以及界面相容性欠缺的问题，在长时间循环使用中发生容量衰减。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型硅负极粘结剂，有助于硅负极的结构稳定性，由其制备的硅负极具有高导离子、高导电子以及界面相容性，能够有效缓解了硅碳负极在长时间循环使用中发生容量衰减的问题，从而为锂离子电池长期稳定循环提供保障。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种新型硅负极粘结剂，由如下组分和重量份数组成：

4、硫酸软骨素(cs)0.5～10、氧化石墨烯(go)0.5～5和聚氧化乙烯(peo)1～100。

5、上述新型硅负极粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将硫酸软骨素加入氧化石墨烯(go)水溶液中，搅拌使其充分溶解，形成cg溶液；将peo加入溶剂中，搅拌使其充分溶解，形成peo溶液；

7、s2、将cg溶液和peo溶液混合，加热搅拌，聚合反应得到新型硅负极粘结剂cg@peo。

8、作为优选的，在上述的制备方法中，所述聚合反应的温度为30℃～90℃；所述聚合反应的时间为6～12h。

9、一种锂离子电池硅负极极片，由如下方法制成：将新型硅负极粘结剂溶解成浆料，加入硅粉和导电炭黑混合均匀得到负极浆料，持续搅拌后均匀涂覆在铜箔上，120℃真空干燥，获得锂离子电池硅负极极片。

10、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

11、本发明通过简便的工艺步骤和低成本的原材料制得了一种具有高导离子和高导电子的新型硅负极粘结剂cg@peo，通过聚氧化乙烯(peo)氧化石墨烯(go)和硫酸软骨素(cs)的交联网络实现硅负极的高导离子、高导电子以及界面相容性，其中锂离子传导可以通过聚氧化乙烯(peo)和硫酸软骨素(cs)分子结构中大量存在的孤电子对来实现，电子传导可以通过还原氧化石墨烯实现。粘合剂中的极性官能团(-oh，-cooh，o＝s＝o)可以在si颗粒表面形成硅烷醇键，作为导电网络的还原氧化石墨烯可以与si-c负极的石墨之间建立π-π相互作用。新型硅负极粘结剂(cg@peo)改善了活性物质的界面相容性，不仅可以提高电极层的凝聚力，而且可以促进浆料的均匀分散。能够有效缓解硅碳负极在长时间循环使用中发生容量衰减的问题，为锂离子电池长期稳定循环提供保障。

技术特征：

1.一种新型硅负极粘结剂，其特征在于由如下组分和重量份数组成：

2.权利要求1所述新型硅负极粘结剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为30℃～90℃；所述聚合反应的时间为6～12h。

4.一种锂离子电池硅负极极片，其特征在于由如下方法制成：将新型硅负极粘结剂溶解成浆料，加入硅粉和导电炭黑混合均匀得到负极浆料，持续搅拌后均匀涂覆在铜箔上，120℃真空干燥，获得锂离子电池硅负极极片。

技术总结
本发明公开了一种新型硅负极粘结剂及其制备方法及应用，由如下组分和重量份数组成：硫酸软骨素0.5～10、氧化石墨烯0.5～5和聚氧化乙烯1～100。本发明通过简便的工艺步骤和低成本的原材料制得了一种具有高导离子和高导电子的新型硅负极粘结剂CG@PEO，通过聚氧化乙烯(PEO)氧化石墨烯(GO)和硫酸软骨素(CS)的交联网络实现硅负极的高导离子、高导电子以及界面相容性，能够有效缓解硅碳负极在长时间循环使用中发生容量衰减的问题，为锂离子电池长期稳定循环提供保障。

技术研发人员：代耀,吕树申
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22