一种导电胶及其制备方法和在锂离子电池中的应用与流程

本发明涉及一种锂电池制备，具体涉及一种导电胶及其制备方法和在锂离子电池中的应用。

背景技术：

1、锂离子电池当前已被广泛应用于混合动力汽车和纯电动汽车的电源装置。为了追求更高的能量密度和更低的成本，在锂离子电池负极方面，硅基负极正在替代传统的石墨负极。但是，在充放电过程中，硅基负极材料的体积变化较大，这将导致硅颗粒与导电基体之间产生电接触不良，同时存在硅的严重破碎和固体电解质膜的过度生长，硅基负极在使用过程中就会面临容量衰减快、库仑效率低、电极劣化等严重问题。与此相关的胶黏剂对电极的电化学性能，特别是循环寿命和不可逆容量损失起着重要的作用。例如，使用含有大量羧基和羟基的聚丙烯酸、羧甲基纤维素等功能胶黏剂通过氢键或共价键与硅颗粒结合，在硅颗粒表面形成强的相互作用，抑制硅颗粒的膨胀和破碎。但是，由于这些胶黏剂的线性链性质很容易在循环过程中随着硅的连续体积变化而产生滑移，随着电极的持续形变，聚合物长链难以恢复到原来的状态，电极的长效使用寿命仍然受到制约。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种导电胶及其制备方法和在锂离子电池中的应用，导电胶是由丙烯酸树脂和磺酸基导电材料在高温条件下通过无机交联粒子进行化学热交联制备而成，形成三维网状结构，不仅具有导电性，同时具备优异的热稳定性和机械稳定性，对于抑制锂离子电池电极体积膨胀和提高电极的循环稳定性具有积极效果。

2、第一方面，本发明提供了一种导电胶，是由丙烯酸树脂和磺酸基导电材料在高温条件下通过无机交联粒子进行化学热交联制备而成；所述丙烯酸树脂和所述磺酸基导电材料的质量比为60～90：10～40；所述高温条件为80～200℃，化学热交联的反应时间为4～24h。

3、第二方面，本发明提供了一种导电胶的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、利用高速剪切机将丙烯酸树脂和磺酸基导电材料在酯类溶剂中进行分散，得到混合胶液a；

5、s2、将无机交联粒子在混合胶液a中进行砂磨分散，得到导电胶前驱体b；

6、s3、将导电胶前驱体b在高温条件下进行化学热交联反应，得到所述导电胶。

7、第三方面，本发明提供了一种导电胶在锂离子电池中的应用，在所述锂离子电池中包含第一方面所述的导电胶。

8、本发明具有如下优点：

9、(1)本发明中的导电胶是由带有羟基的无机交联粒子与线性丙烯酸树脂和磺酸基导电材料通过化学热交联反应形成，化学热交联反应产生的作用力为化学键，保证了三维网络结构的稳定性，这种三维网络结构在硅负极会产生持续形变过程中难以发生不可逆形变，并且相对于线性胶黏剂，其具备的三维网络结构，能均匀覆盖在硅颗粒表面，抑制硅颗粒膨胀的效果更佳。

10、(2)本发明中的导电胶除了利用传统的线性胶黏剂丙烯酸树脂进行交联，还选用了磺酸基导电材料作为共交联组分，其在电子传输能力上与无机碳纳米材料不相上下，有利于降低电极中非活性组分的性能影响，提升电极的电子电导性；同时在制备导电胶时选用了酯类溶剂，其在电极制备过程中能够起到很好的成膜作用，可以降低电极表面缺陷，并且对电解质阴阳离子具有较好的溶剂化能力，有利于电池内部离子的传输。

11、(3)本发明中的导电胶选用的交联粒子为无机纳米粒子，比表面积大，羟基含量高，作为导电胶的刚性交联中心，使得导电胶同时具有软段和硬段结构，能够整体提升导电胶的热分解温度和拉伸强度，从而赋予导电胶优异的热稳定性和机械稳定性，对于抑制锂离子电池电极体积膨胀和提高电极的循环稳定性具有积极效果。

技术特征：

1.一种导电胶，其特征在于：是由丙烯酸树脂和磺酸基导电材料在高温条件下通过无机交联粒子进行化学热交联制备而成；所述丙烯酸树脂和所述磺酸基导电材料的质量比为60～90：10～40；所述高温条件为80～200℃，化学热交联的反应时间为4～24h。

2.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述丙烯酸树脂选自聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-马来酸酐共聚物中的一种或多种的组合；

3.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述磺酸基导电材料选自聚苯乙烯磺酸、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸)中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种导电胶，其特征在于：所述无机交联粒子的用量为所述丙烯酸树脂和所述磺酸基导电材料总质量用量的1～10％；所述无机交联粒子选自石墨、炭黑、石墨烯、勃姆石、氧化铝、蒙脱土、氧化钛、氧化硅、膨润土、羟基磷灰石中的一种或多种的组合；

5.一种导电胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种导电胶的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸树脂和所述磺酸基导电材料的质量比为60～90：10～40；所述无机交联粒子的用量为所述丙烯酸树脂和所述磺酸基导电材料总质量用量的1～10％。

7.根据权利要求5所述的一种导电胶的制备方法，其特征在于：所述导电胶前驱体b的固含量为5～40％。

8.根据权利要求5所述的一种导电胶的制备方法，其特征在于：所述酯类溶剂选自碳酸二甲酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、柠檬酸酯、环氧酸酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、已二酯二甲酯中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求5所述的一种导电胶的制备方法，其特征在于：所述导电胶前驱体b的化学热交联反应温度为80～200℃，化学热交联反应时间为4～24h。

10.一种导电胶在锂离子电池中的应用，特征在于：在所述锂离子电池中包含权利要求1-4任一项所述的导电胶。

技术总结
本发明提供一种导电胶及其制备方法在锂离子电池中的应用，其中，导电胶是由丙烯酸树脂和磺酸基导电材料在高温条件下通过无机交联粒子进行化学热交联制备而成，其制备方法包括制备导电胶前驱体和导电胶化学热交联反应的步骤。本发明的导电胶制备通过化学热交联反应能够形成三维网状结构，该网络结构不仅具有导电性，同时由无机交联粒子作为交联点具备优异的热稳定性和机械稳定性，对于抑制锂离子电池电极体积膨胀和提高电极的循环稳定性具有积极效果。

技术研发人员：卢其华
受保护的技术使用者：南平市延平鑫东来科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15