[發明專利]一種有機正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711183314.X
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107706406B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 吳東清;井凡;馬列
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種有機正極材料及其制備方法和應用，有機正極材料為苝二酰亞胺和導電炭黑復合材料，可用做鋰/鈉離子電池正極材料。本發明通過一步酸溶液法制備了苝二酰亞胺與導電炭黑復合的有機正極電極材料，與現有改性方法如聚合法，球磨法相比，工藝簡便，且成本相對較低。同時，經過此酸溶液法處理后的有機正極電極材料，其與導電劑的接觸更加緊密，有效提高了有機分子的導電性同時防止了有機分子在充放電過程中溶于電解液的現象，相比于現有改性方法，其得到的苝二酰亞胺與導電炭黑復合的有機正極電極材料，可同時應用于鋰離子電極和鈉離子電池中，并且其倍率性能和循環穩定性均高于現有改性方法。

技術領域

本發明涉及一種電極材料及其制備方法，尤其涉及一種應用在鋰/鈉離子電池電極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著移動電子設備和電動汽車的迅速發展，人們對鋰離子電池的產量和能量密度方面有很大的需求。為了提高鋰離子電池的性能，許多新型鋰離子電池電極材料的研究開展起來，他們的研究致力于提高鋰離子電池的容量和循環壽命。在如今的商用鋰離子電池中，正極材料主要是無機化合物，例如鈷酸鋰，錳酸鋰及磷酸鐵鋰，它們較低的理論容量和有限的礦物資源限制了它們在鋰離子電池中性能的提升和成本的降低。與此相反，有機正極材料，例如富羰基化合物，導電聚合物，含硫化合物，自由基化合物，由于它們在自然界的儲量豐富，結構可控及環境友好等因素，受到廣泛的關注。同時，這些功能基團是無選擇性的，可以結合其它離子。因此，此類有機正極材料也可用于鈉離子，鉀離子以及鎂離子電池的應用。

在鋰離子電池和鈉離子電池的有機正極材料中，苝二酰亞胺是一個典型的共軛富羰基化合物，在充放電過程中，可以可逆的結合鋰離子/鈉離子。另外，制備此有機分子的重要前驅體是工業染料，因此，可大量制備的苝二酰亞胺為發展低成本的鋰離子電池/鈉離子電池正極材料提供了可能。由于不溶于常規溶劑以及不良的導電性，在制備電極材料時，苝二酰亞胺粉體需要與大量導電劑(導電炭黑)充分進行機械混合。在此情況下，如何提高苝二酰亞胺的分散性以及與導電劑的充分接觸成為苝二酰亞胺應用于有機正極鋰離子電池/鈉離子電池的主要挑戰。許多研究人員通過原位聚合，球磨等方法，來解決有機正極材料與導電劑混合的問題。

目前已經實現的有機正極鋰離子電池/鈉離子電池材料，導電性差，往往不是所有分子都能參與充放電反應，造成實際容量遠遠低于理論容量，導致在制備有機正極材料過程中，需要加入大量導電炭黑來提高其導電性。同時，由于有機分子在充放電過程中易溶于電解液，使得其在充放電過程中損失，造成循環性能迅速衰減，現有方法制備有機正極材料需要設法提高其與導電劑的結合力，防止其溶解。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明旨在通過酸溶液法解決難溶于傳統溶劑的有機分子與導電劑的混合問題，使其充分與導電劑混合，解決其在電解液中溶解和導電性差問題，提高電池的容量和循環穩定性，通過酸溶液法制備有機正極材料與導電劑的復合材料，其中有機正極材料和導電劑的比例可以任意調節，并可以提高電池容量和循環穩定性。此方法步驟簡單，成本低，可用于大量制備有機正極材料，并可應用于多種有機正極材料中。

為實現上述目的，本發明提供了一種有機正極材料及其制備方法。具體技術方案如下：

本發明公開了一種有機正極材料制備方法，包括如下步驟：

步驟一，將濃硫酸倒入裝有苝二酰亞胺的燒杯中，攪拌溶解，得到苝二酰亞胺/濃硫酸溶液。

步驟二，將所述苝二酰亞胺/濃硫酸溶液靜置10～30min，然后加入導電炭黑，攪拌30～50min，得到苝二酰亞胺/導電炭黑分散液。

步驟三，將所述苝二酰亞胺/導電炭黑分散液倒入盛有冰水的燒杯中，析出復合物，得到苝二酰亞胺/導電炭黑復合物溶液。

步驟四，將所述苝二酰亞胺/導電炭黑復合物溶液進行抽濾，然后用蒸餾水洗滌至pH值為7，然后進行真空干燥，得到苝二酰亞胺和導電炭黑復合材料，所述苝二酰亞胺和導電炭黑復合材料為有機正極材料。