[发明专利]柔性链改性的聚酰亚胺前躯体及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种柔性链改性的聚酰亚胺前躯体及制备方法和锂离子电池。所述柔性链改性的聚酰亚胺前躯体，具有如式(I)所示的通式：式(I)；其中，x代表含有Rs链节的摩尔分数，x＝0.01～0.4。该柔性链改性的聚酰亚胺前躯体，具有很好的溶解性，可以溶解于水性溶剂中，也可以溶解于油性溶剂中，将其与活性物质、导电剂混合制成浆料后涂覆于集流体表面，经干燥和亚胺化处理后，表现出良好的粘结性能，使得由其制成的锂离子电池具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种柔性链改性的聚酰亚胺前躯体及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应等优点，被广泛地应用于数码相机、手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子设备当中。近年来，随着电子产品的不断小型化以及混合动力汽车和纯电动汽车的不断发展，人们对锂离子电池的能量密度要求越来越高。而提高锂离子电池能量密度的关键在于提高电极材料的能量密度，目前商业化的锂离子电池负极材料主要是碳负极材料，以石墨为代表，其理论比容量为372mAh/g(按LiC₆计算)，实际应用的石墨负极材料已经接近其理论比容量。为此科研人员开发了一种能量密度更高的新型锂离子电池负极材料——硅。硅材料理论比容量为4200mAh/g(按Li₂₂Si₅计算)、放电电势为370mV(vs Li/Li⁺)，且在自然界当中含量丰富。

但是，硅材料作为锂离子电池的负极材料时存在许多问题。首当其冲的是硅负极材料在嵌锂/脱锂的过程中的体积变化高达300％，会导致电极材料粉化、破碎，从而从集流体上脱离，使得锂离子电池容量快速下降。对此问题，人们开发和尝试了各种硅负极粘结剂来提高硅负极电极的电化学性能。LIBAO CHEN等将聚丙烯酸粘结剂LA132用作Si/C负极的粘结剂，将该粘结剂用于锂离子电池时，锂离子电池50次循环后的容量保持率为79％(Journal of applied electrochemistry,2006,36(10):1099-1104)，比以聚偏氟乙烯为粘结剂的锂离子电池容量保持率高12％。Igor Kovalenko等把从褐藻中提取的海藻酸钠用于硅负极电极，取得了极好的电化学性能(Science,2011,334(6052):75-79)。Nam-SoonChoi等人将聚酰亚胺Torlon 4000T用于锂离子电池的硅负极，将硅负极电极的首次库伦效率从聚偏氟乙烯粘结剂的28.9％提高到74.9％，且20次循环后的放电容量接近1700mAh/g，聚偏氟乙烯的拉伸强度为18.8MPa，而Torlon 4000T的拉伸强度则为63.3MPa(Journal ofPower Sources,2008,177(2):590-594)。虽然现有的粘结剂相比于传统的聚偏氟乙烯粘结剂的性能有所提升，但相比于硅负极电极的理论比容量而言，硅负极电极的比容量还有极大的可提升空间。

发明内容

针对目前锂离子电池粘结剂在提升硅负极材料的比容量方面仍然不能使得硅负极材料的比容量极大接近其理论比容量的问题，本发明提供了一种柔性链改性的聚酰亚胺前躯体及其制备方法。

进一步地，本发明还提供一种锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：

一种柔性链改性的聚酰亚胺前躯体，具有如式(I)所示的通式：

式(I)；其中，x代表含有Rs链节的摩尔分数，x＝0.01～0.4。

相应地，所述柔性链改性的聚酰亚胺前躯体的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤S01.在真空或惰性气氛的保护下，将芳香族二酸酐或芳香族酸酐酰氯与含有柔性链的改性剂溶于有机溶剂中，搅拌反应；

步骤S02.待步骤S01反应结束，向反应产物中加入芳香族二胺，继续反应，获得包含聚酰亚胺前躯体的粘稠溶液。