疏水改性天然植物多糖水系粘結劑及其在鋰離子電池負極中的應用制造技術

本發明專利技術涉及疏水改性天然植物多糖水系粘結劑及其在鋰離子電池負極中的應用，利用式1的疏水改性天然植物多糖制備鋰離子電池負極材料，其組成成分按質量百分比為活性材料:導電劑:粘結劑=（50?80）:（10?30）:（5?20）。本發明專利技術為配合硅碎片的利用，提出的疏水改性天然植物多糖在負極片上作為粘結劑，該疏水改性天然植物多糖具有良好的粘結性及三維網狀結構可將硅顆粒盡可能嵌入網絡結構，防止崩碎后游離到極片材料之外，增強電池循環性能。并且所用該新型粘結劑來源廣泛，具有水溶性，是綠色環保的新型粘結劑。

Hydrophobic modified natural plant polysaccharide system adhesive and its application in negative pole of lithium ion battery

The present invention relates to a hydrophobic modification of natural plant polysaccharides, binder and its application in the anode of lithium ion battery, 1 hydrophobic modification of natural plant polysaccharides preparation of anode materials for lithium ion batteries using the components by weight percentage: as the active material of conductive agent: bonding agent (= 50: (80) 10 30 (5): 20). The present invention for use with silicon chips, the hydrophobically modified natural plant polysaccharides in negative plate as the binder, the hydrophobically modified natural plant polysaccharide has good adhesion and three-dimensional network structure can be as much as possible the silicon particles embedded in a network structure, prevent break free to sheet material, reinforced cell cycle performance. Moreover, the new binder has a wide range of sources and is water-soluble. It is a new type of green adhesive.

【技術實現步驟摘要】
疏水改性天然植物多糖水系粘結劑及其在鋰離子電池負極中的應用
本專利技術涉及電化學和新能源材料
，具體涉及一種疏水改性天然植物多糖水系粘結劑及其在鋰離子電池負極中的應用。
技術介紹
隨著鋰離子電池在混合動力電動汽車和純電動汽車中的使用，對高能量密度的鋰離子電池的需求不斷增加。Si基材料完全嵌鋰形成Li22Si5合金時的比容量高達4200mAh/g，是目前開發的負極材料中最高的材料。然而硅在完全嵌鋰狀態下體積膨脹高達300%，巨大的體積變化會引起活性材料顆粒粉化、不穩定固體電解液膜(SEI)的形成以及電極結構的破壞，從而導致硅負極的容量衰減迅速、循環壽命短。科研工作者發現可通過選擇合適的粘結劑，改善Si基材料的體積膨脹效應。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種疏水改性天然植物多糖水系粘結劑及其在鋰離子電池負極中的應用，代替傳統的PVDF和CMC，提供一種綠色環保可降解的新型鋰離子電池負極用粘結劑。本專利技術所采用的技術方案為：疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，其特征在于：其結構如式1所示；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；分散體系為去離子水或1%的醋酸-水混合體系。所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑的粘度范圍為100-1500mPa.s。如所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑作為鋰離子電池負極材料用粘結劑的應用。所述鋰離子電池負極材料的組成成分按質量百分比為：活性材料:導電劑:粘結劑=（50-80）:（10-30）:（5-20）；其中，粘結劑為式1所示的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，分散體系為去離子水或1%的醋酸-水混合體系；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33。所述活性材料選自硅負極、石墨負極、硫化物；所述導電劑選自乙炔黑、超導電炭黑。鋰離子電池負極材料用疏水改性天然植物多糖水系粘結劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：將式1的純化的疏水改性天然植物多糖配置成0.5-2wt%的水溶液；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；步驟2：將活性物質和導電劑置于研缽中研磨5-10分鐘；步驟3：將步驟1中制備的粘結劑滴加于步驟2的混合物中，兩者質量比為1:10-1:5，研磨至粘結劑均勻的混合于活性物質和導電劑；步驟4：滴加去離子水于步驟3得到的混合物中，再充分研磨20-30分鐘;步驟5：將步驟4得到混合物倒于Cu片上，均勻涂布；步驟6：將步驟5得到的銅片迅速鼓風干燥以去除水，得到極片，極片真空干燥；步驟7：將真空干燥過的極片裁片稱重后即可裝配電池。本專利技術具有以下優點：本專利技術所提出的疏水改性天然植物多糖粘結劑應用于鋰離子電池負極材料制備電極片，電池循環性能得到改善，所使用新粘結劑來源廣泛，具有水溶性，是綠色環保的新型粘結劑。鑒于硅負極的良好性能，利用水溶性疏水改性天然植物多糖作為電池粘結劑，對可持續發展戰略的實施及推動Si負極的商業化進程無疑具有重要的作用。本專利技術提出了水溶性疏水締合天然植物多糖水系粘結劑，在天然植物多糖親水性大分子鏈上引入少量長鏈疏水基團。在其水溶液中,疏水基團由于憎水作用而發生聚集，大分子鏈間產生分子內和分子間締合，形成三維網狀結構，表現為較好的粘彈性，從而增強捕捉硅碎片的能力。同時天然植物多糖醚鍵上的孤對電子可與鋰離子形成絡合點，鋰離子可在天然植物多糖的絡合點之間移動，實現鋰離子的有效轉移。改善鋰離子電池負極材料的循環穩定性能。因此，疏水締合天然植物多糖水系粘結劑可以改善鋰離子電池負極材料的高倍率性能以及循環穩定性能、延長電池使用壽命。附圖說明圖1為本專利技術實施例5硅電極在200mA/g的充放電電流密度下的比容量測試。圖2為本專利技術實施例5硅電極負極漿料在經歷低剪切-高剪切-低剪切的觸變性測試。圖3為本專利技術結構圖。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術進行詳細的說明。本專利技術提出的天然植物多糖水系粘結劑包含葫蘆巴膠、胍膠、黃原膠以及田菁膠等粘結劑，天然植物多糖含有大量極性的羥基，具有良好的水溶性、彈性和粘結性能。天然植物多糖醚鍵上的孤對電子可與鋰離子形成絡合點，鋰離子可在天然植物多糖的絡合點之間移動，實現鋰離子的有效轉移，改善鋰離子電池負極材料的循環穩定性能。本專利技術提出了一種價格低廉、綠色環保的水溶性疏水締合天然植物多糖水系粘結劑，在天然植物多糖親水性大分子鏈上引入少量疏水基團。在其水溶液中,疏水基團由于憎水作用而發生聚集,大分子鏈間產生分子內和分子間締合,形成三維網狀結構，表現為較好的粘彈性,從而增強捕捉硅碎片的能力。改善鋰離子電池負極材料的高倍率性能以及循環穩定性能、延長電池使用壽命。所述疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，其結構如式1所示；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；分散體系為去離子水或1%的醋酸-水混合體系；所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑的粘度范圍為100-1500mPa.s。所述的疏水改性天然植物多糖包括疏水改性葫蘆巴膠（又名香豆膠）、疏水改性胍膠、疏水改性黃原膠以及疏水改性田菁膠等天然植物多糖。本專利技術以溴代十四烷、溴代十六烷或者溴代十八烷為疏水化試劑，以天然植物多糖（包括葫蘆巴膠、胍膠、黃原膠以及田菁膠等）為原料，制備疏水改性天然植物多糖，疏水改性天然植物多糖粘結劑如表1所示。表1上述疏水改性天然植物多糖水系粘結劑可作為鋰離子電池負極材料用粘結劑，鋰離子電池負極材料的組成成分按質量百分比為：活性材料:導電劑:粘結劑=（50-80）:（10-30）:（5-20）；其中，粘結劑為式1所示的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，分散體系為去離子水或1%的醋酸-水混合體系；所述活性材料選自硅負極、石墨負極、硫化物；所述導電劑選自乙炔黑、超導電炭黑。本專利技術中所用的粘結劑通常先配置成0.5-5wt%的溶液，用于制備鋰離子電池的電極材料，制備過程中以去離子水作為稀釋劑來調配漿料的稀稠。所述鋰離子電池的負極材料組成成分按質量百分比為，活性材料:導電劑:粘結劑=50-80:10-30:10-20。鋰離子電池負極活性材料，包括硅負極、石墨負極和硫化物，導電劑優選為乙炔黑或超導電炭黑。制備時混漿時間不少于30分鐘，涂膜厚度為100-200μm（優選100nm），烘膜溫度為60-80℃。本專利技術中鋰離子電池負極制備的具體步驟為：步驟1：將式1的純化的疏水改性天然植物多糖配置成0.5-2wt%的水溶液；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；步驟2：將活性物質和導電劑置于研缽中研磨5-10分鐘；步驟3：將步驟1中制備的粘結劑滴加于步驟2的混合物中，兩者質量比為1:10-1:5，研磨至粘結劑均勻的混合于活性物質和導電劑；步驟4：滴加去離子水于步驟3得到的混合物中，再充分研磨20-30分鐘;步驟5：將步驟4得到混合物倒于Cu片上，均勻涂布；步驟6：將步驟5得到的銅片迅速鼓風干燥以去除水，得到極片，極片真空干燥；步驟7：將真空干燥過的極片裁片稱重后即可裝配電池。實施例1先將黏度為100mPa.s十四烷基接枝葫蘆巴膠(FG-R16)配置成0.5wt%的水溶液。稱取50mg納米Si和30.0mg的乙炔黑置于研缽中，研磨10分鐘，然后滴加0.20g的0.5wt%的GG-R16水溶液。研磨5分鐘至粘結劑均勻的混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，其特征在于：其結構如式1所示；

【技術特征摘要】
1.疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，其特征在于：其結構如式1所示；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33；分散體系為去離子水或1%的醋酸-水混合體系。2.根據權利要求1所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，其特征在于：所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑的粘度范圍為100-1500mPa.s。3.如權利要求1所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑作為鋰離子電池負極材料用粘結劑的應用。4.根據權利要求3所述的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑作為鋰離子電池負極材料用粘結劑的應用，其特征在于：所述鋰離子電池負極材料的組成成分按質量百分比為：活性材料:導電劑:粘結劑=（50-80）:（10-30）:（5-20）；其中，粘結劑為式1所示的疏水改性天然植物多糖水系粘結劑，分散體系為去離子水或1%的醋酸-水混合體系；式1其中，R-C12H25、C14H29、C16H33。5.根據權利要求4所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王晨，王景濤，秋列維，楊曉武，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61