[发明专利]一种活性基团数可控的聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电极活性物质技术领域，具体涉及一种活性基团数可控的聚合物及其制备方法和应用。一种活性基团数可控的聚合物，包括由单体共聚而成的主链，所述单体包括含有炔基或者叠氮基的连接单体；所述连接单体上通过点击反应连接有活性基团。本方案的聚合物能对电活性侧链的数量进行精确控制，进而解决现有的活性电极材料的实际容量和理论容量的百分比不满足应用需求的技术问题。本方案合成的新型聚合物有利于精确调控材料的各项性能，从而提高相应锂电池的性能，解决了制约聚合物锂离子电池技术大规模应用的瓶颈问题。

技术领域

本发明涉及电极活性物质技术领域，具体涉及一种活性基团数可控的聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

社会能源需求的不断快速增长，对能源转换和储存技术提出了更高的要求。其中，能源储存技术，对移动电子设备，电动车，电网级储能等应用，具有至关重要的作用。目前常见的储能技术，包括各类二次电池及超级电容器等，各有其性能方面的不足，已成为制约上述各应用发展的主要瓶颈问题之一。对电池技术而言，锂离子电池是目前最普遍使用的电池技术之一。1990年，日本索尼公司首次实现了锂离子电池技术得商业化。相比于其他电池技术，由于锂离子电池具有能量密度高，充放电特性优异等优势，使其逐渐成为当今社会最广泛使用的电池类型之一。然而，随着各类新应用场景的不断涌现，对传统电池技术提出了新的挑战。例如，传统的锂离子电池技术难以满足诸如智能标签、可穿戴设备等应用场景的需求。新型应用场景，对锂离子电池技术的新需求主要包括，柔韧性，不含有毒有害金属，快速充电，出色的循环寿命，可通过高效低成本技术加工(如印刷及卷对卷工艺等)，原料来源丰富，且最好为可再生资源等。对锂离子电池的电极材料而言，传统锂离子电池的正极材料，通常含有钴和镍等有毒有害金属元素，由于钴矿和镍矿的有限性及其开采提炼的高耗能性，制约了此类目前广泛使用的锂离子电池在新型应用场景中应用潜力。

针对上述问题，有机电极活性材料，特别是聚合物电极活性材料是一种较为理想的替代方案，也是目前学术界和产业界投入巨大人力物力进行开发的一个方向。相比于无机电极活性材料，有机电极活性材料具有如下优点：氧化-还原性能易调，更高的理论容量，原料来源广泛(即可来源于丰富的化石原料，有课来源于植物等可再生原料)，具有快速的电化学动力学(带来高倍率和长循环寿命)，对环境友好(不含有毒有害类金属)。聚合物电极活性材料，除具有上述普通有机(小分子)电极活性材料的优点外，还具有如下独特的优点：聚合物材料具有柔性且可通过薄膜生产工艺进行低成本生产加工，在电解液中溶解性低(有利于提高循环寿命)。经过数十年的发展，以聚合物作为活性电极材料的锂离子电池的各项电池指标虽取得了长足进步。但仍存在一些制约聚合物锂离子电池技术大规模应用的瓶颈问题。锂电池聚合物活性电极材料按化学结构，可分为两大类：聚合物主链由电活性单元组成和聚合物主链由非共轭单元组成，电活性单元作为侧链，通过化学键链接于主链之上。针对第二类材料(聚合物主链由非共轭单元组成)，由此类材料制作的锂电池，存在电池的实际放电容量、实际容量/理论容量的百分比等代表电池性能的参数，难以调节值最佳状态的问题。上述问题限制了锂电池的进一步改良和发展，亟需对造成实际放电容量欠佳的原因进行分析，并研发一种能够改善实际容量/理论容量的百分比的电极活性材料以及制备方法。

发明内容

本发明意在提供一种活性基团数可控的聚合物，以解决现有的活性电极材料的实际容量和理论容量的百分比不满足应用需求的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种活性基团数可控的聚合物，包括由单体共聚而成的主链，所述单体包括含有炔基或者叠氮基的连接单体；所述连接单体上通过点击反应连接有活性基团。

本发明还提供了一种活性基团数可控的聚合物的制备方法，包括如下步骤：

S1主链合成步骤：所述主链由单体共聚而成，所述单体包括含有炔基或者叠氮基的连接单体；

S2活性基团准备步骤：在所述活性基团上连接叠氮基或者炔基；