[發(fā)明專利]對苯二甲酸鈣的制備方法及在鋰離子電池中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410188284.1
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN104292100A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李晶澤;牟成旭;黃宗令;王麗平
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: C07C63/28
• 分類號: C07C63/28;C07C51/41;H01M4/60
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 李明光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池有機負極材料的制備方法及應(yīng)用，具體涉及一種在電解液中穩(wěn)定性能好、循環(huán)性能優(yōu)良的負極材料對苯二甲酸鈣的制備以及在鋰離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

材料是人類生產(chǎn)活動和生活必須的物質(zhì)基礎(chǔ)，與人類文明和技術(shù)進步密切相關(guān)。隨著社會的不斷進步與發(fā)展，人類目前面臨著資源枯竭和生存環(huán)境惡化的雙重挑戰(zhàn)。因此，各個國家正在努力推進與研發(fā)新材料，推進低碳生活理念，促進人類社會走向節(jié)能型、資源可循環(huán)利用的可持續(xù)發(fā)展模式。各國政府大力推廣的清潔能源例如太陽能、風(fēng)能等逐漸大規(guī)模應(yīng)用于人類生活，混合動力汽車或者純電動汽車也正在慢慢代替目前廣泛使用的汽油驅(qū)動傳統(tǒng)汽車。然而，這些可再生資源的大規(guī)模開發(fā)和利用均需要建設(shè)配套的電能儲存裝置來保證供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在目前眾多儲能體系中，電化學(xué)儲能電池由于具有使用靈活性、高效性和無地域限制性，是最受關(guān)注的儲能裝置。

在現(xiàn)有的儲能電池中，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性能好、污染小等特點，是移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機等小型電子設(shè)備的理想電源，也是未來車用動力電池的首選電源，是一種與可持續(xù)發(fā)展方式相呼應(yīng)的儲能電池。鋰離子電池是指以兩種不同的能夠可逆地嵌入及脫嵌鋰離子的嵌鋰化合物分別作為電池正極和負極的二次電池體系。充電時，鋰離子從正極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜嵌入到負極中；放電時則相反，鋰離子從負極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入到正極中。

負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到鋰離子電池的性能及市場競爭力。目前，鋰離子電池的負極材料主要有無機材料和有機材料兩大類，無機材料中研究較多的有石墨、硅、錫以及金屬氧化物等，這些材料在使用過程中存在一些問題，如石墨負極材料在過充時，容易形成鋰枝晶，存在安全隱患；硅和錫在充放電過程中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、循環(huán)性能差；而金屬氧化物的首周庫倫效率太低，這些都一定程度上限制了無機負極材料的廣泛應(yīng)用。與無機負極材料相比，有機負極材料有著其獨特的優(yōu)點而越來越受到研究者的關(guān)注。首先，無機負極材料的容量受限于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致很難進一步提高其能量密度或者充分利用理論比容量，而有機電極材料的理論比容量高(最高約924mAh/g)，且其密度較低可以容忍較大的體積變化，有助于充分發(fā)揮其理論比容量；其次，無機負極材料價格較昂貴，回收利用困難，給環(huán)境帶來沉重的負擔(dān)，不是理想的“綠色電池”材料，而大多數(shù)有機材料在大自然中能夠自我降解，容易實現(xiàn)可再生利用，且成本低廉。

目前，研究較多的有機負極材料大多數(shù)為羰基化合物。其原因是羰基具有很好的電化學(xué)活性，容易進行脫嵌鋰反應(yīng)，受到了研究工作者的廣泛關(guān)注。目前，反式-己二烯二酸鋰(Li₂C₆H₄O₄)、四氰基對醌二甲烷(TCNQ)、2，5-二羥基對苯二甲酸鋰等用于鋰離子電池有機負極材料的研究已有報道。研究表明，有機電極材料的共性是導(dǎo)電性能差、鋰離子擴散系數(shù)低、活性物質(zhì)在電解液中存在一定的溶解度，導(dǎo)致其實際比容量低、循環(huán)性能差。最近，Haiquan?Zhang等報道了改性后的對苯二甲酸鋰作為鋰離子電池有機負極材料(Haiquan?Zhang,Qijiu?Deng,Aijun?Zhou,Xinquan?Liu,Jingze?Li*.Porous?Li₂C₈H₄O₄coated?with?N-doped?carbon?by?using?CVD?as?an?anode?material?for?Li-ion?batteries.J.Mater.Chem.A,2014,2,5696)，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)過改性處理的對苯二甲酸鋰樣品在低倍率0.05C時循環(huán)50周，放電比容量一直存在衰減，從第二周的145mAh/g衰減到85mAh/g，容量保持率只有58.6％，其原因在于對苯二甲酸鋰在電解液中不穩(wěn)定，存在部分溶解現(xiàn)象；而經(jīng)過CVD方法形成的包覆層不僅有利于提高電極的電子電導(dǎo)率，而且有利于提高電極材料在電解液中的穩(wěn)定性，抑制其溶解，實驗發(fā)現(xiàn)包覆改性后的樣品在電流密度放大10倍即0.5C時第二周的比容量提高到221mAh/g，循環(huán)50周后的容量保持率提高到67.9％。由此可知，對現(xiàn)有電極材料的簡單包覆改性效果有限，電極材料在電解液中的穩(wěn)定性、溶解性沒有從根本上得到改善，導(dǎo)致改性材料的容量保持率仍然較低，衰減較明顯，嚴重影響其在鋰離子電池中的應(yīng)用進程。

發(fā)明內(nèi)容