[发明专利]一种预锂化聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种预锂化聚合物及其制备方法和应用，还提供一种预锂化的硅负极材料(包括上述的预锂化聚合物)及包括该预锂化的硅负极材料的负极片和锂离子电池。本发明是利用含有锂源的聚合物材料，实现对硅负极高效、安全补锂，提高硅负极的首次充放电效率，改善硅负极的循环性能。将该聚合物材料包覆于硅负极表面，在充放电过程中，聚合物中的锂离子会参与到SEI膜的形成，降低对体系中锂盐的消耗，提高首效。

技术领域

本发明属于聚合物和锂离子电池领域，涉及到一种预锂化聚合物及其制备方法、包括该预锂化聚合物的负极活性材料及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度和运行电压，已经被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能电网中。提高锂离子电池的能量密度，满足日益多样化的需求，一直是锂离子电池研究的主要方向之一。硅负极材料具有极高的理论容量(Si为4200mAh/g，SiOx为2680mAh/g)，并且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难以引起表面析锂，使它具有更高的安全性，这些优点也使硅负极材料最有希望成为下一代锂离子电池用电极材料。但硅材料作为锂离子电池负极材料也存在首效低、膨胀大等缺点，商业化石墨负极的首效能达到90％以上，而硅材料(如纳米硅、氧化亚硅、硅碳负极等)首效普遍在80％以下，低的硅负极首效会浪费正极中宝贵的锂离子，从而降低全电池的实际比容量。

针对硅负极首效低的问题，目前最有效的解决方法就是运用预锂化技术，负极预锂化的原理是通过将负极材料或电极与低电位的金属锂或其他含锂化合物物理接触或短路，利用其间自发的电化学反应达到负极材料合适的预嵌锂程度，减少正极活性锂在首次充电过程中的不可逆消耗，从而提高电池容量。负极预锂化的方法大致有以下几种：负极喷涂锂粉法、负极提前化成法、负极三层电极法、超薄锂带辊压法等。由于这些方法都利用活性锂作为补锂的锂源，存在安全性差、操作复杂等缺点，因此需要发展新型高效、安全的预锂方法。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种预锂化聚合物及其制备方法和应用，还提供一种预锂化的硅负极材料及包括该预锂化的硅负极材料的负极片和锂离子电池，所述预锂化聚合物的使用可以实现硅负极材料的预锂化，所述预锂化聚合物中的锂可以在充放电过程中脱出锂离子，该锂离子可以充当活性锂源，减少硅负极在首次充放电过程中对正极和电解液中活性锂源的消耗，提高锂电池的首次库仑效率等性能，且本发明的预锂化聚合物的结构稳定，不易同空气和水反应，引起自燃等不安全现象的出现。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种预锂化聚合物，所述预锂化聚合物具有如下式1所示的重复单元：

R₆选自H或C_1-6烷基；

R₇选自不存在、-(C＝O)-O-R₈-或-(C＝O)-NH-R₈-；R₈选自C_1-6亚烷基或-CH(COOCH₃)CH₂-；

R选自含有至少一个-O-Li基团的芳基；

*表示连接端。

根据本发明，R₆选自H、-CH₃或-CH₂CH₃。优选地，R₆选自H或-CH₃。

根据本发明，R₈选自-CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂-或-CH(COOCH₃)CH₂-。