[发明专利]一种接枝共聚物包覆硅基材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种接枝共聚物包覆硅基材料及其制备方法，本发明提供的接枝共聚物包覆硅基材料，通过在硅基材料表面包覆聚丙烯酸接枝苯并咪唑类共聚物，聚丙烯酸与苯并咪唑类共聚物之间不仅有强的共价键保证两种物质的相容性，使共聚物具备一定的强度能够有效抑制硅材料的体积膨胀；共聚物中PAA与硅基尤其是SiO形成氢键具有良好的包覆稳定性，且PAA‑g‑PBI具有三维网络结构及可逆重建离子键的作用，这种特定的结构能够表现出对硅的高粘附力、高机械强度和自愈合特性，可以有效地适应硅基材料的体积膨胀和收缩，在产生巨大的体积变化后仍然可以保持结构稳定性，从而得到具有高循环稳定性的硅基材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种接枝共聚物包覆硅基材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好等优点，因此，锂离子电池得到了广泛的应用。目前，石墨作为锂离子电池中最常用的负极材料，其理论比容量为372mAh/g，使锂离子电池向更高能量密度的发展受到了限制，而硅材料的理论比容量可达到4200mAh/g，实际比容量大于3000mAh/g，当其代替石墨作为锂离子电池的负极材料时，可显著提升锂离子电池的能量密度，是非常有应用前景的下一代负极材料。

但是，硅是半导体材料，其导电率较低，这非常不利于其快速充放电。此外，硅材料在脱嵌锂的过程中会发生巨大的体积变化，使得负极材料表面的SEI膜不断地发生破裂-再生长-破裂-再生长，这导致以硅材料为负极材料的锂离子电池的首次充放电效率低、循环性能差。因此，如何改善硅材料的电导率，并降低其在充放电时的体积膨胀，从而提高锂离子电池的首次充放电效率和循环寿命，受到了越来越多的关注。

发明内容

本发明提供一种接枝共聚物包覆硅基材料及其制备方法，所述接枝共聚物包覆硅基材料中接枝共聚物包覆在硅基材料表面，所述接枝共聚物的包覆可以提高硅基材料对锂离子的电导率，并提供对基体的力学支撑，所述接枝共聚物包覆硅基材料可以用于解决硅基材料体积膨胀导致的锂离子电池首次充放电效率低、循环性能差的问题。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种接枝共聚物包覆硅基材料，其中，所述接枝共聚物包覆硅基材料具有核壳结构，其中核材料包括硅基材料，壳材料包括接枝共聚物，所述接枝共聚物为苯并咪唑类聚合物接枝的聚丙烯酸，所述接枝共聚物包覆在硅基材料表面。

根据本发明，所述苯并咪唑类聚合物接枝的聚丙烯酸为通过咪唑环将苯并咪唑类聚合物接枝到聚丙烯酸的侧链上的接枝共聚物。

根据本发明，所述苯并咪唑类聚合物接枝的聚丙烯酸为通过苯并咪唑类聚合物中的端胺基与聚丙烯酸的侧链羧基的缩合反应而得到的苯并咪唑类聚合物接枝到聚丙烯酸主链上的接枝共聚物。

根据本发明，所述聚丙烯酸与硅基材料(例如是SiO)形成氢键。

根据本发明，所述壳材料含有下述式(I)所示的结构单元：

式(I)中，R为通过两个端胺基(-NH₂)与聚丙烯酸上的-COOH发生缩合反应后形成咪唑环连接到聚丙烯酸上的苯并咪唑类聚合物侧链；

m＝5000～50000之间的整数；

1≥x0，y＝1-x。

具体的，x优选为0.0005～0.2，还优选为0.005～0.08，更优选为0.01～0.02。

具体的，所述苯并咪唑类聚合物的主链结构中含有苯并咪唑环，且主链结构的一端还含有苯环，苯环上连接两个相邻的端胺基(-NH₂)的聚合物；根据需要，所述苯并咪唑类聚合物的聚合度n为10～5000，优选10～1000，更优选30～500。