[发明专利]改性有机硅聚合物及其制备方法、锂二次电池

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种改性有机硅聚合物及其制备方法、锂二次电池。本发明通过将侧链含氢硅油与改性剂在催化剂的作用下进行硅氢加成反应，通过该反应，使改性剂上的氨基、烷氧基、羧基中的至少一种以及亲水官能团接枝到含氢硅油上得到改性有机硅聚合物。所得改性有机硅聚合物为侧链上含有氨基、烷氧基、羧基中的至少一种以及亲水官能团的弹性体，不仅具有良好的粘结性能、自愈合性能和亲水性，还可以与硅基负极表面的羟基等官能团相互作用，形成自愈合型的三维交联网络，有效抑制硅基负极活性材料的体积膨胀效应，在保持硅基负极结构在充放电过程中的完整性也更加环保，有利于提高所得锂二次电池的综合性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种改性有机硅聚合物及其制备方法，一种粘结剂，以及一种锂二次电池。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、自放电小、使用寿命长、无记忆效应等优点，是目前应用和研究最为广泛的二次电池之一，已在便携式通讯与电子产品、电动汽车、储能系统方面得到大规模的商业应用。近年来，蓬勃发展的电动汽车市场对锂离子电池性能提升的需求不断增长，尤其需要高能量密度的动力锂电池来提高续航里程。因此开发具有更高能量密度的新型正负极锂电池材料成为目前的主要目标。传统碳负极材料的理论比容量为372mA·h/g，难以满足市场对高容量负极的追求。硅基负极材料的理论比容量高达4200mA·h/g(是碳材料的11倍)，且具有相对较高的放电电势，以及资源丰富，价格低廉等优点，成为近年来最受关注的锂离子电池负极材料。但是，在电池充放电过程中，锂离子在硅基材料内部进行嵌入与脱出时，硅负极材料会产生巨大体积变化，最大体积膨胀率高达300％，引起活性材料与导电剂、集流体分离，使负极的整体结构被破坏，导致硅负极的容量衰减迅速，严重阻碍了其商业化的应用。

目前，为解决该问题所采用的方法为：制备硅/碳复合材料，制备具有纳米结构的硅材料，以及开发新型高效的粘结剂等。其中，对硅材料本身改性的方法存在制备工艺复杂，造价较高等不足之处。开发性能优异的新型聚合物粘结剂，能够起到将负极活性材料、导电剂有效地粘附在集流体上的“桥梁”作用，保持硅基负极材料在充放电过程中的电极结构完整性，是改善电池循环性能的有效方法。目前锂离子电池常用的传统粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，PVDF易吸收电解液而发生溶胀，导致粘结性能下降，不能有效抑制硅基负极材料在充放电过程中的巨大体积变化。并且，PVDF与硅基负极材料及导电剂混合时需要以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，NMP自身易挥发、毒性大、回收费用高，不符合经济环保的要求。

因此，开发一种具有高效粘结且环保的新型粘结剂，是推动硅基负极材料商业化进程最直接有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性有机硅聚合物及其制备方法，一种粘结剂，以及一种锂二次电池，旨在解决现有硅基负极存在的因体积膨胀导致容量衰减迅速、循环稳定性变差等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种改性有机硅聚合物的制备方法，其包括如下步骤：

提供侧链含氢硅油、改性剂、催化剂和有机溶剂；

将所述侧链含氢硅油、所述改性剂、所述催化剂和所述有机溶剂混合并进行硅氢加成反应，得到改性有机硅聚合物；

其中，所述改性剂含有氨基、烷氧基、羧基中的至少一种官能团和亲水官能团。

本发明通过将侧链含氢硅油与改性剂在催化剂的作用下进行硅氢加成反应，通过该反应，使改性剂上的氨基、烷氧基、羧基中的至少一种以及亲水官能团接枝到含氢硅油上得到改性有机硅聚合物。首先，所得改性有机硅聚合物的侧链接枝了氨基、烷氧基、羧基中的至少一种官能团，因此具有良好的力学性能、粘结性能和自愈合性能；其次，所得改性有机硅聚合物的侧链还接枝了亲水官能团，因此具备良好的水溶性，对环境更加友好。本发明提供的制备方法原料易得，操作简便，过程易于控制，反应条件温和，有利于实现规模化生产。