本技术公开了一种交替共聚物,属于锂电池材料技术领域,其分子主链由刚性片段和柔性片段相间构成,所述刚性片段含有刚性苯环结构与二茂铁结构,所述柔性片段为乙基结构。本发明还公开了该交替共聚物的合成方法以及该交替共聚物在锂电池正极材料中的应用。所述交替共聚物既含有利于电子传输的刚性共轭结构,又具有利于离子快速传输的柔性扭曲结构,通过刚柔并济的结构设计有效规避了全刚性链段或者全柔性链段存在的不足,同时兼具两者的优势,能够在不损害电极能量密度的情况下兼具电子和离子快速传输性能,并且将其作为锂电池正极时,表现出优异的倍率性能和较高的比容量以及良好的长循环性能。
背景技术
可充电锂电池是便携式电子产品和快速增长的电动汽车领域的支柱。锂电池的性能受正极材料性能的影响。近年来,随着对大规模储能系统和电动汽车的需求不断增长,人们致力于开发高性能锂电池正极材料。特别地,有机电极材料具有可调的分子结构,其通过活性基团的氧化还原反应实现能量的快速储存。因此,有机材料因其具有高容量和速率性能,有希望成为下一代可再生锂电池的候选正极。
离子传输与电子传输决定了有机电极的性能。为了提高有机电极的电子导电性,通常设计大而刚性的共轭结构,加快电子的传输。然而,刚性共轭结构之间强的Π-Π相互作用使得线性聚合物的链与链之间或者二维层状聚合物的层与层之间紧密堆积,这使得活性基团被掩埋并且离子难以快速运输到活性基团附近。缓慢的电子或离子传输将导致有机电极的实际比容量和速率性能不理想。
为了实现高性能的锂电池用有机电极,必须加速和协同电极中离子和电子的传输。目前,在电极材料制备时通过复合碳纳米管或者石墨烯等导电材料来提升电极的电子导电性并改善堆积形貌加速离子传输。例如,南开大学的陈永胜课题组通过将单体与石墨烯原位聚合的方法制备了一种复合活性材料( Adv. Mater. 2023, 35, 2211152.
)。与导电碳材料复合后,提高了电子导电性并改善了原始聚合物的堆叠形貌,使得电子和离子在电极中可以快速地传输,从而获得了具有高性能的聚合物有机正极。然而这些导电碳材料作为非活性材料部分,使得整体电极的质量增加,这使得电极的能量密度和功率密度下降。因此,极需开发新的方法,在不损害电极能量密度的前提下改善有机电极的离子与电子传输缓慢的问题。
实现思路