[發(fā)明專利]一種用于二次電池的有機大分子負極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108615867B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 薛衛(wèi)東;王源;楊琪;趙睿
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/60;H01M10/05
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 白小明

本發(fā)明公開一種用于二次電池的有機大分子負極材料及其制備方法，所述有機大分子負極材料為金屬酞菁四磺酸四鹽片層和氧化石墨烯片層交替重疊形成的多層復合結(jié)構(gòu)，所述金屬酞菁四磺酸四鹽片層和氧化石墨烯片層的質(zhì)量比為(1～4):1，所述多層復合結(jié)構(gòu)的厚度為2～20um。其采用金屬酞菁四磺酸四鹽，以氧化石墨烯為模板劑，采用水熱超聲振蕩法一步合成。該產(chǎn)品能夠解決電化學反應過程中溶解于電解液的問題，同時復合之后大大增強了其導電性；并且用于二次電池系統(tǒng)儲能性能優(yōu)異，超過大部分有機電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次電池的負極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于二次電池的有機大分子負極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

以鋰離子電池為代表的二次電池被認為是電動汽車和便攜式電子設備中最有前途的儲能裝置，具有優(yōu)良的儲能性能和高的能量密度。目前，大多數(shù)二次電池采用無機材料作為商業(yè)化的電極材料，例如LiCoO₂和LiFePO₄。然而，資源枯竭、環(huán)境污染嚴重，使之不可持續(xù)或不可循環(huán)利用，遠遠不能滿足日益增長的能源市場的需求。而自從威廉斯等人在1969年首次使用有機電極材料以來，由于其豐富的自然資源、對環(huán)境友好和有機分子多樣性而引起了人們的廣泛關(guān)注。有機電池材料或許可以成為下一代綠色可持續(xù)發(fā)展的低成本電池的最佳選擇。

目前報道的有機電極材料如還原劑綠(W Ai,W Zhou,Z Du,et al.(2017)TowardHigh Energy Organic Cathodes for Li-Ion Batteries:A Case Study of Vat Dye/Graphene Composites Advanced Functional Materials 27.)、有機納米雜化物(M Lee,JHong,H Kim,et al.(2014)Organic Nanohybrids for Fast and Sustainable EnergyStorage Adv.Mater.26:2558.)、醌衍生物(T Nokami,T Matsuo,Y Inatomi,et al.(2012)Polymer-Bound Pyrene-4,5,9,10-tetraone for Fast-Charge and-Discharge Lithium-Ion Batteries with High Capacity Journal of the American Chemical Society134:19694.)等。然而有機電池材料仍存在一些普遍的問題阻礙了它進一步發(fā)展。第一，有機電極材料化學穩(wěn)定性差，由于相似相容性，它們極容易溶于有機類電解質(zhì)中，導致電池在長時間的電化學反應過程中的容量逐漸衰減，使其難以達到商業(yè)化的要求；第二，在電池系統(tǒng)中，絕大多數(shù)有機材料的導電性差，在電化學反應系統(tǒng)中，使得有機電池的實際比容量無法得到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述有機電極材料化學穩(wěn)定性差，電池容量逐漸衰減，且導電性差使得有機電池的實際比容量無法得到充分利用的問題，本發(fā)明提供一種用于二次電池的有機大分子負極材料及其制備方法。

本發(fā)明提供的第一方面的技術(shù)方案是一種用于二次電池的有機大分子負極材料，所述有機大分子負極材料為金屬酞菁四磺酸四鹽片層和氧化石墨烯片層交替重疊形成的多層復合結(jié)構(gòu)，所述金屬酞菁四磺酸四鹽片層和氧化石墨烯片層的質(zhì)量比為(1～4):1，所述多層復合結(jié)構(gòu)的厚度為2～20um。

本發(fā)明中所述的金屬酞菁四磺酸四鹽是一種酞菁衍生物，其作為有機大分子染料之一，具有特殊的二維共軛π電子結(jié)構(gòu)和較高的光熱穩(wěn)定性。廣泛應用于光學器件、二氧化碳的電化學還原、電化學傳感器、染色劑等領(lǐng)域。申請人創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)金屬酞菁四磺酸四鹽不僅可以應用在上述領(lǐng)域，而且能夠用于二次電池系統(tǒng)，由于金屬酞菁四磺酸四鹽本身是一種有機鹽類，不溶于有機溶劑，從根源上解決了其在電化學反應過程中溶解于電解液的問題；通過其與氧化石墨烯復合形成多層復合結(jié)構(gòu)，能夠在不破壞原有結(jié)構(gòu)的同時，大大增強了其導電性，在電化學反應中能與更多的活性位點相接觸，能夠充分利用其容量，其用于二次電池系統(tǒng)，儲能性能優(yōu)異，超過大部分有機電極材料。