[發明專利]貽貝仿生聚合物、硅碳負極粘結劑、硅碳負極材料及應用

在審

• 申請號: 202010522606.7
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN113773435A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 恒大新能源技術（深圳）有限公司
• 主分類號: C08F220/06
• 分類號: C08F220/06;C08F220/18;C08F8/32;H01M4/04;H01M4/134;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 郝文婷

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種貽貝仿生聚合物、硅碳負極粘結劑、硅碳負極材料及應用。本發明貽貝仿生聚合物的結構式如式(I)所示，其中，5≤m≤500，5≤n≤500，5≤x≤200，且m、n、x均為整數。本發明貽貝仿生聚合物具有較強的疏水性，作為硅碳負極粘結劑的組分時，與同為疏水性的硅碳負極活性材料的界面結合力較高，且其結構中同時具備羧基和柔性結構，在提升與硅碳負極材料之間的結合力的同時還束縛并緩解了硅碳負極活性材料的體積膨脹，阻止硅碳負極活性材料出現粉末化，使所得硅碳負極材料、負極和鋰離子電池的循環性能得到提升；

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種貽貝仿生聚合物、硅碳負極粘結劑、硅碳負極材料及應用。

背景技術

隨著新能源汽車、通訊及可便攜式設備等對鋰離子電池高容量、高續航能力的需求，鋰離子電池發展達到了一個瓶頸。針對負極而言，目前廣泛采用的負極材料是以石墨為主的各類碳材料，其理論容量只有372mAh/g，在實際應用過程中，已接近理論容量，很難達到更高的容量要求。因此，對高比容量負極活性材料的研究已經是大勢所趨，其中硅碳材料的理論容量遠遠高于石墨類碳材料，能夠達到4200mAh/g，且資源相對豐富，是下一代新型負極材料的主要選擇。但是，硅碳材料在脫嵌鋰過程中伴隨著巨大的體積變化，導致硅碳活性材料粉化、導電網絡破裂，最終引起容量快速衰減。此時，需要強健的粘結劑來維持復合物電極涂層在充放電過程中的穩定性。硅碳負極粘結劑是將硅碳復合材料、導電劑等粒子粘附到集流體上的一種物質，占負極漿料的2％-12％。

聚丙烯酸是一種水溶性鏈狀聚合物，可以與許多金屬離子形成聚丙烯酸鹽，如聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸鈉易溶于水，具有增稠的作用，可用于鋰離子電池料漿的增稠劑。聚丙烯酸及其鹽的分子鏈中同樣具有許多含氧基團(-COOH)，能夠與硅碳活性材料表面形成氫鍵作用，賦予活性顆粒與集流體之間較強的結合力，同時還具有緩解硅基材料體積膨脹的作用，還能夠改善電池的循環性能，提高電池的壽命，已經被應用于鋰離子電池硅碳負極中。然而，商業用的聚丙烯酸粘結劑的粘結作用主要是靠范德華力和羧基，由于硅碳負極材料的表面基團含量有限，且聚丙烯酸是整體為剛性的線性高分子鏈，當硅碳負極材料的體積膨脹到一定程度時，聚丙烯酸粘結劑的粘結效果較差，硅碳負極材料依舊會出現粉化。

發明內容

本發明的目的是提供一種貽貝仿生聚合物、硅碳負極粘結劑、硅碳負極材料及應用，旨在解決現有聚丙烯酸粘結劑對硅碳負極活性材料的粘結效果較差、硅碳負極活性材料容易出現粉末化的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面提供了一種貽貝仿生聚合物，其結構式如式(I)所示：

其中，5≤m≤500，5≤n≤500，5≤x≤200，且m、n、x均為整數。

本發明另一方面提供一種貽貝仿生聚合物的制備方法，其包括如下步驟：

提供丙烯酸單體、丙烯酸酯軟單體、含多巴胺結構的化合物；

將所述丙烯酸單體與所述丙烯酸酯軟單體進行自由基聚合反應，生成聚丙烯酸-丙烯酸酯共聚物；

所述聚丙烯酸-丙烯酸酯共聚物與所述含多巴胺結構的化合物進行共聚接枝反應，得到貽貝仿生聚合物；

所述貽貝仿生聚合物的結構式如式(I)所示：

所述聚丙烯酸-丙烯酸酯共聚物的結構式如式(II)所示：

其中，5≤m≤500，5≤n≤500，5≤x≤200，且m、n、x均為整數。