[發(fā)明專利]一種電極材料、其制備方法及用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611121439.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106654200B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨寧;李泯嬋;盧周廣;陸為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/60;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發(fā)明公開了一種有機(jī)電極材料及其制備方法及用途。本發(fā)明的有機(jī)電極材料包含羥基苯磺酸、羥基苯磺酸鹽、苯磺酸、苯磺酸鹽、苯二磺酸或苯二磺酸鹽中的任意一種或至少兩種的混合物作為活性物質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種有機(jī)電極及其制備方法，所述有機(jī)電極的原料組分中包含上述活性物質(zhì)、導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑。本發(fā)明的有機(jī)電極材料原料易得，合成方法簡(jiǎn)單，成本低廉，而且采用該有機(jī)電極材料制得的鋰離子電池和鈉離子電池均具有非常好的電化學(xué)性能，比容量高，穩(wěn)定性和倍率性能優(yōu)良，得到的鋰電池的首次放電容量可達(dá)2272mAh g^?1；二圈庫倫效率可達(dá)97％；循環(huán)100圈庫倫效率可達(dá)100％，在鋰離子/鈉離子電池中有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二次電池和能源材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電極材料、其制備方法及用途，尤其涉及一種含有羥基苯磺酸和/或羥基苯磺酸鹽的有機(jī)電極材料、其制備方法及該電極材料在離子型電池的用途。

背景技術(shù)

二十一世紀(jì)以來，能源問題已成為制約各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問題。煤、石油和天然氣等傳統(tǒng)化石能源是目前支撐社會(huì)發(fā)展的主要能源。但是，化石能源不僅儲(chǔ)量問題日漸突出，而且?guī)砹藝?yán)重的環(huán)境污染。因此，發(fā)展清潔的可再生能源成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在目前的儲(chǔ)能體系中，化學(xué)儲(chǔ)能電池因其高效便捷，無地域限制等特點(diǎn)脫穎而出，成為世界范圍內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

鋰離子電池由于能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作電壓高、無記憶效應(yīng)和自放電小等優(yōu)點(diǎn)在目前儲(chǔ)能材料市場(chǎng)中獨(dú)占鰲頭。而鈉離子電池鈉源豐富，可以從海水和鹽湖中提取，為電池的可持續(xù)發(fā)展提供了可能。目前，對(duì)于鋰離子和鈉離子電池的研究大部分集中在無機(jī)材料上，但是大部分無機(jī)材料生產(chǎn)成本高，資源有限且涉及環(huán)境污染問題，阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展。而有機(jī)化合物具有種類繁多含量豐富、氧化還原電位調(diào)節(jié)范圍寬、能發(fā)生多電子反應(yīng)以及容易循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，成為了電池材料領(lǐng)域研究的新方向。

目前，對(duì)于鋰/鈉離子電池有機(jī)負(fù)極材料的研究有了一定的進(jìn)展。Q.Deng等研究了有機(jī)小分子鹽2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸二鋰鹽(Li₂DHTP)以及對(duì)應(yīng)的有機(jī)酸2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸(DHTPA)作為鋰離子負(fù)極材料的電化學(xué)行為。Li₂DHTP循環(huán)100圈后，容量保持在165mAh g^-1，庫倫效率為98％，倍率性能較好，雖然DHTPA具有優(yōu)異的Li⁺存儲(chǔ)能力，但是其循環(huán)穩(wěn)定性不佳(Q.J.Deng et al,J.Electroanal.Chem.,761(2016)74–79)。Zhao等研究了對(duì)苯二甲酸鈉(Na₂C₈H₄O₄)的嵌鈉性能。在0.1～0.2V，0.1C倍率條件下該材料具有270mAhg^-1的比容量。通過將材料與20％的科琴黑超導(dǎo)電碳(KB碳)進(jìn)行球磨，能有效減小粒徑，增加其導(dǎo)電性。為了改善倍率性能，作者對(duì)Na₂C₈H₄O₄進(jìn)行了Al₂O₃包覆，包覆后的材料能有效減少SEI膜的形成，有利于電極結(jié)構(gòu)的保持，從而改善循環(huán)壽命。未處理的對(duì)苯二甲酸鈉初始容量為258mAh g^-1，50次循環(huán)后衰減至192mAh g^-1，包覆后的材料初始比容量為255mAh g^-1，50次后保持在211mAh g^-1(L.Zhao,J.Zhao,Y.S.Hu,H.Li,Z.Zhou,M.AMmand,L.Chen,Adv.Energy Mater.,2(2012)962–965)。但是上述材料依然存在比容量低和循環(huán)穩(wěn)定性不佳的問題，為了適應(yīng)高比能量和壽命長(zhǎng)的鋰/鈉離子電池的發(fā)展需要，開發(fā)比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、簡(jiǎn)單易得的新型鋰/鈉離子電池有機(jī)負(fù)極材料是離子電池發(fā)展并產(chǎn)業(yè)化的重要途徑和需求。

發(fā)明內(nèi)容