[发明专利]一种聚噻吩类化合物、含聚噻吩类化合物的硅负极添加剂和硅负极材料

说明书

本发明公开了一种聚噻吩类化合物、含聚噻吩类化合物的硅负极添加剂和硅负极材料。其中，聚噻吩类化合物的制备方法为：先将3–甲氧基噻吩与聚合度为9的PEG400进行取代反应，得到3位PEG400取代噻吩单体，再将3位PEG400取代噻吩单体进行化学氧化聚合反应，即得。本发明制得的聚噻吩类化合物与锂盐复配得到硅负极添加剂，能够在硅负极表面形成兼具有离子和电子导电能力的包覆层，在应对硅负极材料的体积膨胀同时不影响电极材料的导电性，从而有效的提升电池循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种聚噻吩类化合物、含聚噻吩类化合物的硅负极添加剂和硅负极材料。

背景技术

硅材料因其理论比容量高(单质硅为：4200mA h/g，SiOx和Si/C材料容量也远高于传统碳材料)、储量丰富以及环境友好等优点，作为负极材料在高能量密度锂离子电池领域受到广泛关注。将锂离子电池能量密度提升至300Wh/kg以上，硅负极材料是目前阶段最佳选择，动力电池厂家无一例外均使用了不同比例硅/SiO作负极材料。

然而，硅材料在充电过程中会产生高达300％的体积膨胀，极易引起材料和SEI的破裂，造成电池中活性锂和添加剂持续消耗，容量迅速衰减。针对硅负极电池存在的严重问题，尽管目前研究人员开发新型粘结剂电池性能进行改善，同时，在电解液中加入大量的FEC添加剂对破裂的SEI膜进行持续的修复，但是效果并不显著。另外，改善硅负极电池电化学性能也能通过材料改性的角度进行，包括硅材料结构改性(将硅材料设计成纳米管、纳米线、球壳结构等)与硅材料表面包覆(无定形碳包覆等)。其中硅材料表面包覆因方法因其操作简单，可重复性高易于放大量产等优点而受到广泛专注。

针对硅材料在充放电过程中体积变化大的问题，最好的包覆材料是有机高分子聚合物，一些有机高分子聚合物具有良好的机械性能和较高的韧性，包覆在硅材料表面能够很好的应对其体积膨胀，保护负极结构不被破坏。但是硅材料表面完全包覆有机聚合物后会导致电极的电子导电能力下降，从而影响电池循环性能。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种聚噻吩类化合物、含聚噻吩类化合物的硅负极添加剂和硅负极材料。

本发明提出的一种聚噻吩类化合物，其化学式如式(Ⅰ)所示：

制备路线如下：

一种所述的聚噻吩类化合物的制备方法，包括下述步骤：

S1、在反应溶剂和催化剂存在的条件下，将3–甲氧基噻吩与PEG400加热进行取代反应，得到3位PEG400取代噻吩单体，其中PEG400的聚合度为9；

S2、在反应溶剂和氧化剂存在的条件下，将3位PEG400取代噻吩单体加热进行化学氧化聚合反应，即得。

优选地，所述步骤S1中，3–甲氧基噻吩与PEG400的质量比为1:(3-4)；3–甲氧基噻吩与催化剂的质量比为50:(0.5-1.5)；

优选地，所述步骤S2中，3位PEG400取代噻吩单体与氧化剂的质量比为5:(0.5-1.5)。

优选地，所述步骤S1中，催化剂为硫酸氢钠；

优选地，所述步骤S2中，氧化剂为三氯化铁、三氯化铝、三氯化钼、三氯化铷、高氯酸铜、硫酸铵、重铬酸钾、双氧水中的至少一种。

优选地，所述步骤S1、S2中的反应溶剂为水、正己烷、环己烷、甲基环己烷、甲苯、乙苯、二氯甲烷、氯仿、氯苯、乙腈、苯乙腈、乙醚、甲基正丁基醚、苯乙醚、呋喃、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、丙酮、苯甲酮、乙酸乙酯、苯甲酸乙酯中的至少一种。

优选地，所述步骤S1中，加热进行取代反应的温度为50-70℃。