【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋰電池，更具體地，涉及一種用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑及其制備方法和應用。
技術介紹
0、技術背景
1、近年來，隨著電動汽車續航焦慮與便攜式電子設備電量不足的普遍問題日益凸顯，市場對于追求更高能量密度、更長循環壽命及經濟成本優化的鋰離子電池技術提出了迫切需求。傳統的鋰離子電池負極多采用石墨材料，但其有限的理論比容量(370mah?g-1)已成為制約其性能進一步提升的瓶頸。而硅基材料憑借其卓越的比容量(高達4200mah?g-1)、低工作電位及豐富的自然資源儲備，被視為推動鋰離子電池技術革新的關鍵候選者之一。
2、目前，硅負極在實際應用中面臨嚴峻挑戰：充放電過程中體積的巨大變化(約400％)，導致顆粒破碎、電極結構瓦解及電接觸失效，嚴重阻礙了其商業化進程。此外，鋰離子的反復嵌入與脫出引發的固體電解質界面(sei)不穩定，進一步縮短了電池的循環壽命。為解決這些問題，科研界將目光投向了siox(0<x<2)等復合硅材料，盡管它們在循環穩定性上有所改進，但仍受限于顯著的體積變化(100～200％)，導致電池容量衰減迅速及倍率性能不佳。為了有效緩解硅基材料的體積膨脹問題，科研人員不斷探索新的策略，如納米結構設計、表面改性以及開發高效粘結劑等。其中，粘結劑作為連接活性物質與導電網絡的橋梁，對維持電極結構的完整性和力學性能至關重要。傳統粘結劑如聚偏二氟乙烯(pvdf)，因其分子結構特性導致粘結力較弱，且成本高昂、環境友好度低，難以滿足硅基負極的嚴苛要求。
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術存在的不足和缺點，本專利技術目的在于提供一種用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑，該粘結劑通過左旋多巴與聚丙烯酸主鏈的酰胺化反應，結合甘油的原位交聯，形成具有動態修復能力和強機械性能的三維網絡結構，顯著提高硅基負極的循環穩定性和能量密度，能夠有效抑制siox負極在充放電過程中的體積膨脹，提高siox負極的循環穩定性。
2、本專利技術的另一目的在于提供上述酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑的制備方法。
3、本專利技術的再一目的在于提供上述酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑的應用。
4、本專利技術的目的通過下述技術方案來實現：
5、一種用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性粘結劑，所述水性粘結劑簡寫為plg，是將聚丙烯酸溶解在磷酸緩沖溶液中，加入naoh溶液調節聚丙烯酸溶液的ph至5～6，在保護氣氛下，依次加入1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、n-羥基琥珀酰亞胺和左旋多巴攪拌充分反應，經透析和冷凍干燥處理，得到初步產物pl，再將pl與甘油混合均勻制得。
6、優選地，所述聚丙烯酸、1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、n-羥基琥珀酰亞胺和左旋多巴的質量比為(5～10):(1～2):(0.6～1.2):1；所述聚丙烯酸和磷酸緩沖溶液的質量比為1:(140～160)；所述甘油和pl的質量比為(0.2～0.4):1。
7、優選地，所述naoh溶液的濃度為5～8mol/l；所述保護氣氛為氮氣、氬氣、氦氣或氖氣。
8、優選地，所述透析的時間為2～3d，所述冷凍干燥的溫度為-50～-70℃，所述所述冷凍干燥的時間為2～3d。
9、優選地，所述磷酸緩沖溶液為質量比(10～11):(1.5～2):1000的磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉和去離子，所述磷酸緩沖溶液的ph＝5～7。
10、所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑的制備方法，包括以下步驟：
11、s1.將聚丙烯酸溶解在磷酸緩沖溶液中，加入naoh溶液調節溶液的ph至5～6，再加入1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽充分攪拌至溶解，再次調節ph至5～6，然后加入n-羥基琥珀酰亞胺，繼續攪拌直至完全溶解；
12、s2.在保護氣氛下，向上述溶液中加入左旋多巴并攪拌12～24h充分反應，反應完成后，經透析和冷凍干燥處理，得到初步產物pl；
13、s3.將pl與甘油混合攪拌至均勻，得到酰胺化聚丙烯酸水性粘結劑，簡寫為plg粘結劑。
14、所述的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑在鋰離子電池中的應用。
15、優選地，所述鋰離子電池的負極材料為siox，0<x<2。
16、本專利技術的粘結劑的應用方法如下：將活性物質siox、導電劑super?p(導電炭黑)與粘結劑按照質量比(7～8):(2～1):1混合，加入適量的去離子水后放入脫泡機攪拌20～30min，得到均勻分散的漿料，將所得漿料涂布到銅箔上，先在150℃真空干燥2h，再在80℃真空干燥10h，然后裁為直徑14mm的圓形極片。將干燥的極片轉入充滿氬氣的手套箱進行電池組裝。其中，電池中鋰片作為對電極，電解液以1mol/l的lipf6為溶質，體積比為1:1的碳酸乙烯酯(ec)和碳酸二乙酯(dec)為溶劑，10wt％氟代碳酸乙烯酯(fec)和1wt％碳酸亞乙酯(vc)作為添加劑，使用cr2032扣式電池進行組裝。
17、本專利技術的水性聚合物粘結劑以剛性的聚丙烯酸為主鏈，通過酰胺化反應引入左旋多巴分子，利用左旋多巴中的鄰苯二酚基團形成動態鍵，即在斷裂后能夠可逆地重新構建，并結合聚丙烯酸的豐富羧基，賦予粘結劑在斷裂后易于可逆構建的能力，從而賦予電極快速自愈能力，有效緩解硅負極的體積變化。氮原子的孤對電子可以通過形成li+配位鍵，改善li+在電極中的運輸效率，提高電池性能。然后，再與甘油進行原位交聯，大量羥基和羧基的交聯粘結劑與siox具有豐富的接觸位點，從而形成具有強機械性能的堅固電極的三維網絡，有效地釋放不良應力，使粘結劑能夠更好地承受在電極充放電過程中的體積變化，有助于電極在循環過程中的結構完整性，從而提高siox負極循環穩定性。
18、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
19、1.本專利技術的siox負極粘結劑是基于鄰苯二酚的動態鍵和聚丙烯酸的豐富羧基，即在斷裂后能夠可逆地重新構建，賦予電極快速自愈能力。當硅基負極在充放電過程中發生體積變化導致電極材料出現微裂紋時，該自愈能力能夠有效地修復這些裂紋，防止電極材料的進一步粉化和脫落。
20、2.本專利技術的siox負極粘結劑是左旋多巴的氨基與聚丙烯酸的羧基發生縮合，形成酰胺鍵，該化學鍵的形成增強了粘結劑與硅顆粒之間的粘附力，使得粘結劑能夠更有效地附著在硅顆粒表面，防止硅顆粒在充放電過程中的脫落。通過酰胺化反應，左旋多巴與聚丙烯酸的結合更加緊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性粘結劑，其特征在于，所述水性粘結劑簡寫為PLG，是將聚丙烯酸溶解在磷酸緩沖溶液中，加入NaOH溶液調節聚丙烯酸溶液的pH至5～6，在保護氣氛下，依次加入1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、N-羥基琥珀酰亞胺和左旋多巴攪拌充分反應，經透析和冷凍干燥處理，得到初步產物PL，再將PL與甘油混合均勻制得。
2.根據權利要求1所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸、1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、N-羥基琥珀酰亞胺和左旋多巴的質量比為(5～10):(1～2):(0.6～1.2):1；所述聚丙烯酸和磷酸緩沖溶液的質量比為1:(140～160)；所述甘油和PL的質量比為(0.2～0.4):1。
3.根據權利要求1所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑，其特征在于，所述NaOH溶液的濃度為5～8mol/L；所述保護氣氛為氮氣、氬氣、氦氣或氖氣。
4.根據權利要求1所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘
5.根據權利要求1所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑，其特征在于，所述磷酸緩沖溶液為質量比(10～11):(1.5～2):1000的磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉和去離子，所述磷酸緩沖溶液的pH＝5～7。
6.根據權利要求1～5任一項所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.權利要求1～5任一項所述的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑在鋰離子電池中的應用。
8.根據權利要求7所述的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑在鋰離子電池中的應用，其特征在于，所述鋰離子電池的負極材料為SiOx，0<x<2。
...【技術特征摘要】
1.一種用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性粘結劑，其特征在于，所述水性粘結劑簡寫為plg，是將聚丙烯酸溶解在磷酸緩沖溶液中，加入naoh溶液調節聚丙烯酸溶液的ph至5～6，在保護氣氛下，依次加入1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、n-羥基琥珀酰亞胺和左旋多巴攪拌充分反應，經透析和冷凍干燥處理，得到初步產物pl，再將pl與甘油混合均勻制得。
2.根據權利要求1所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑，其特征在于，所述聚丙烯酸、1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、n-羥基琥珀酰亞胺和左旋多巴的質量比為(5～10):(1～2):(0.6～1.2):1；所述聚丙烯酸和磷酸緩沖溶液的質量比為1:(140～160)；所述甘油和pl的質量比為(0.2～0.4):1。
3.根據權利要求1所述的用于鋰離子電池硅基負極的酰胺化聚丙烯酸水性聚合物粘結劑，其特征在于，所述naoh溶液的濃度為5～8mol/l；所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林展，胡翠翠，吳曙星，張卓文，沈文斌，黃楚雄，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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