本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體而言，涉及一種預鋰化粘結(jié)劑及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、隨著電動汽車的發(fā)展，鋰離子電池的需求越來越大。鋰離子電池的負極材料有硅、錫、銅、鋁、鎳、鈦等，其中硅基負極材料具有高容量、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)點，是目前研究最多的負極材料之一。硅基負極材料的理論比容量為4200mah/g，比單質(zhì)硅的理論比容量高出了近10倍，但是硅基負極材料的初始庫倫效率(也稱首次庫倫效率、首圈庫倫效率)低，循環(huán)性能差，限制了硅基負極材料的應用。目前商用的羥甲基纖維素鈉和丁苯橡膠、聚丙烯酸、海藻酸鈉等粘結(jié)劑，雖然用于石墨負極作用良好，但用于硅基負極的初始庫倫效率偏低。硅基負極初始庫倫效率值一般在80％左右，低于商用的石墨負極(90～94％)。如此低的初始庫倫效率不利于硅基電極的高能量密度在鋰離子電池中的發(fā)揮。

2、專利cn?110085867?a公開了一種用于鋰離子電池硅碳負極的粘結(jié)劑，包括分子量10w～300w的聚丙烯酸(paa)主體粘結(jié)劑和金屬氧化物、氫氧化鋰添加劑。專利cn110071289a公開了一種鋰離子電池硅基負極復合粘結(jié)劑及其制備方法和應用，復合粘結(jié)劑包括改性聚丙烯酸paah1-x-lix和聚離子液體pil/tfsi，聚離子液體含有二(三氟甲基磺酰)亞胺陰離子。

3、但是，上述粘結(jié)劑用于硅基負極的粘結(jié)效果較差，硅基負極的首圈庫倫效率仍較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種預鋰化粘結(jié)劑及其制備方法和應用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中硅基負極的首圈庫倫效率低的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種預鋰化粘結(jié)劑，預鋰化粘結(jié)劑的原料包括天然多糖、環(huán)氧氯丙烷和鋰鹽。

3、進一步地，天然多糖與環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量比為1:(2～100)；和/或天然多糖與鋰鹽的質(zhì)量比為1:(0.4～20)。

4、進一步地，天然多糖包括海藻酸鈉、魔芋葡甘聚糖、淀粉、透明質(zhì)酸鈉、黃原膠、桃膠和阿拉伯膠的一種或多種；優(yōu)選地，天然多糖的重均分子量為10萬～200萬；和/或鋰鹽包括偏硼酸鋰、四硼酸鋰和硫酸鋰的一種或多種。

5、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了本發(fā)明上述的預鋰化粘結(jié)劑的制備方法，包括以下步驟：步驟s1，將天然多糖與水混合，得到第一原料溶液，調(diào)節(jié)第一原料溶液的ph為8～10；步驟s2，將鋰鹽與水混合，得到第二原料溶液；步驟s3，將第二原料溶液滴加到第一原料溶液中，得到混合溶液；步驟s4，在混合溶液中加入環(huán)氧氯丙烷，進行交聯(lián)反應，得到預鋰化粘結(jié)劑。

6、進一步地，步驟s1中，第一原料溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.1～5％；和/或?qū)⑻烊欢嗵桥c水混合后進行水浴加熱，水浴溫度為60～90℃；優(yōu)選地，使用堿水溶液調(diào)節(jié)第一原料溶液的ph，堿水溶液包括氫氧化鈉水溶液和/或氫氧化鉀水溶液；更優(yōu)選地，堿水溶液的摩爾濃度為0.08～0.12mol/l。

7、進一步地，步驟s2中，第二原料溶液的質(zhì)量分數(shù)為1～10％；和/或步驟s3中，第一原料溶液中的天然多糖與第二原料溶液中的鋰鹽的質(zhì)量比為1:(0.4～20)。

8、進一步地，步驟s4中，第一原料溶液中的天然多糖與環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量比為1:(2～100)；和/或交聯(lián)反應的溫度為60～90℃，時間為4～10h。

9、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種硅基負極極片，包括本發(fā)明上述的預鋰化粘結(jié)劑。

10、進一步地，預鋰化粘結(jié)劑在硅基負極極片中的重量百分含量為5～15％。

11、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鋰離子電池，包括本發(fā)明上述的硅基負極極片。

12、本發(fā)明的鋰離子電池硅基負極粘結(jié)劑，是通過天然多糖、環(huán)氧氯丙烷和鋰鹽交聯(lián)而成的一種三維網(wǎng)絡聚合物，復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以使得粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)性能，有利于保持負極結(jié)構(gòu)的完整性。同時通過引入鋰鹽，可以有效提高硅基負極初始庫倫效率，減少正極鋰離子損耗，有利于硅基材料的高能量密度的發(fā)揮，從而可以進一步提高鋰離子電池的能量密度。

技術(shù)特征：

1.一種預鋰化粘結(jié)劑，其特征在于，所述預鋰化粘結(jié)劑的原料包括天然多糖、環(huán)氧氯丙烷和鋰鹽。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預鋰化粘結(jié)劑，其特征在于，所述天然多糖與所述環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量比為1:(2～100)；和/或所述天然多糖與所述鋰鹽的質(zhì)量比為1:(0.4～20)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預鋰化粘結(jié)劑，其特征在于，所述天然多糖包括海藻酸鈉、魔芋葡甘聚糖、淀粉、透明質(zhì)酸鈉、黃原膠、桃膠和阿拉伯膠的一種或多種；優(yōu)選地，所述天然多糖的重均分子量為10萬～200萬；和/或所述鋰鹽包括偏硼酸鋰、四硼酸鋰和硫酸鋰的一種或多種。

4.權(quán)利要求1至3中任一項所述的預鋰化粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，所述第一原料溶液中的所述天然多糖與所述環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量比為1:(2～100)；和/或所述交聯(lián)反應的溫度為60～90℃，時間為4～10h。

8.一種硅基負極極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1至3中任一項所述的預鋰化粘結(jié)劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅基負極極片，其特征在于，所述預鋰化粘結(jié)劑在所述硅基負極極片中的重量百分含量為5～15％。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求8或9所述的硅基負極極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種預鋰化粘結(jié)劑及其制備方法和應用。該預鋰化粘結(jié)劑的原料包括天然多糖、環(huán)氧氯丙烷和鋰鹽。本發(fā)明的鋰離子電池硅基負極粘結(jié)劑是通過天然多糖、環(huán)氧氯丙烷和鋰鹽交聯(lián)而成的一種三維網(wǎng)絡聚合物，復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以使得粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)性能，有利于保持負極結(jié)構(gòu)的完整性；同時通過引入鋰鹽，可以有效提高硅基負極初始庫倫效率，減少正極鋰離子損耗，有利于硅基材料的高能量密度的發(fā)揮，從而可以進一步提高鋰離子電池的能量密度。

技術(shù)研發(fā)人員：王洪勛,嚴大洲,楊濤,韓治成,張城,溫國勝,李艷平,劉誠
受保護的技術(shù)使用者：中國恩菲工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2