[发明专利]贻贝仿生聚合物、硅碳负极粘结剂、硅碳负极材料及应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种贻贝仿生聚合物、硅碳负极粘结剂、硅碳负极材料及应用。本发明贻贝仿生聚合物的结构式如式(I)所示，其中，5≤m≤500，5≤n≤500，5≤x≤200，且m、n、x均为整数。本发明贻贝仿生聚合物具有较强的疏水性，作为硅碳负极粘结剂的组分时，与同为疏水性的硅碳负极活性材料的界面结合力较高，且其结构中同时具备羧基和柔性结构，在提升与硅碳负极材料之间的结合力的同时还束缚并缓解了硅碳负极活性材料的体积膨胀，阻止硅碳负极活性材料出现粉末化，使所得硅碳负极材料、负极和锂离子电池的循环性能得到提升；

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种贻贝仿生聚合物、硅碳负极粘结剂、硅碳负极材料及应用。

背景技术

随着新能源汽车、通讯及可便携式设备等对锂离子电池高容量、高续航能力的需求，锂离子电池发展达到了一个瓶颈。针对负极而言，目前广泛采用的负极材料是以石墨为主的各类碳材料，其理论容量只有372mAh/g，在实际应用过程中，已接近理论容量，很难达到更高的容量要求。因此，对高比容量负极活性材料的研究已经是大势所趋，其中硅碳材料的理论容量远远高于石墨类碳材料，能够达到4200mAh/g，且资源相对丰富，是下一代新型负极材料的主要选择。但是，硅碳材料在脱嵌锂过程中伴随着巨大的体积变化，导致硅碳活性材料粉化、导电网络破裂，最终引起容量快速衰减。此时，需要强健的粘结剂来维持复合物电极涂层在充放电过程中的稳定性。硅碳负极粘结剂是将硅碳复合材料、导电剂等粒子粘附到集流体上的一种物质，占负极浆料的2％-12％。

聚丙烯酸是一种水溶性链状聚合物，可以与许多金属离子形成聚丙烯酸盐，如聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠易溶于水，具有增稠的作用，可用于锂离子电池料浆的增稠剂。聚丙烯酸及其盐的分子链中同样具有许多含氧基团(-COOH)，能够与硅碳活性材料表面形成氢键作用，赋予活性颗粒与集流体之间较强的结合力，同时还具有缓解硅基材料体积膨胀的作用，还能够改善电池的循环性能，提高电池的寿命，已经被应用于锂离子电池硅碳负极中。然而，商业用的聚丙烯酸粘结剂的粘结作用主要是靠范德华力和羧基，由于硅碳负极材料的表面基团含量有限，且聚丙烯酸是整体为刚性的线性高分子链，当硅碳负极材料的体积膨胀到一定程度时，聚丙烯酸粘结剂的粘结效果较差，硅碳负极材料依旧会出现粉化。

发明内容

本发明的目的是提供一种贻贝仿生聚合物、硅碳负极粘结剂、硅碳负极材料及应用，旨在解决现有聚丙烯酸粘结剂对硅碳负极活性材料的粘结效果较差、硅碳负极活性材料容易出现粉末化的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种贻贝仿生聚合物，其结构式如式(I)所示：

其中，5≤m≤500，5≤n≤500，5≤x≤200，且m、n、x均为整数。

本发明另一方面提供一种贻贝仿生聚合物的制备方法，其包括如下步骤：

提供丙烯酸单体、丙烯酸酯软单体、含多巴胺结构的化合物；

将所述丙烯酸单体与所述丙烯酸酯软单体进行自由基聚合反应，生成聚丙烯酸-丙烯酸酯共聚物；

所述聚丙烯酸-丙烯酸酯共聚物与所述含多巴胺结构的化合物进行共聚接枝反应，得到贻贝仿生聚合物；

所述贻贝仿生聚合物的结构式如式(I)所示：

所述聚丙烯酸-丙烯酸酯共聚物的结构式如式(II)所示：

其中，5≤m≤500，5≤n≤500，5≤x≤200，且m、n、x均为整数。