[發明專利]基于三環喹唑啉及其衍生物的電池負極材料及其在堿金屬離子電池中的應用

在審

• 申請號: 202110520011.2
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113422053A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 賓德善;李丹;閆婕;崔玉濤
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/137;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 北京百歐知識產權代理事務所(普通合伙) 11930
• 代理人: 鄒曉艷

本發明公開了一種電池負極活性材料，為三環喹唑啉或其衍生物，所述衍生物為三環喹唑啉的導電金屬有機框架或共價有機框架；還公開了一種電池負極材料，包括所述的負極活性材料，還包括導電劑、粘結劑、溶劑；還公開了采用所述電池負極材料制備的電池負極片，是將所述的電池負極材料涂覆在集流體上，烘干后得到；還公開了一種堿金屬離子電池，其負極活性材料為所述的負極活性材料；所述堿金屬離子電池為鋰離子電池或鈉離子電池或鉀離子電池。本發明首次將有機材料三環喹唑啉及其衍生物用于堿金屬離子電池的負極材料，其充電容量和循環穩定性性能優異，并具有優良的倍率性能，本發明為有機電極材料提供了新的砌塊，為有機電極材料的設計提供新思路。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種基于三環喹唑啉及其衍生物的電池負極材料及其在堿金屬離子電池中的應用。

背景技術

可充電的鋰離子電池由于其高能量密度、高穩定性、價廉、安全等特性在能源存儲器件以及電動汽車等領域具有廣泛的應用前景。近年來，有機電池材料表現出高容量、環境友好、具有豐富的氧化還原位點、來源豐富等優點，因而有機電極材料成為鋰離子電池的研究熱點。有機電池可開發與可設計的特性令其在鋰離子電池領域表現出獨特的優異性。盡管有機電極材料有諸多優點，但有機電極材料具有易溶于電解液、電子導電性差、反應動力學低以及電化學活性物質易分解等缺點，這些缺點制約了有機電極材料在鋰離子電池中的應用。

金屬有機框架材料(Metal-Organic Frameworks，簡稱MOFs)是由功能分子砌塊和金屬位點組成的一類晶型多孔材料，其具有大的比表面積、高孔隙率和孔徑可調等優點。金屬有機框架材料長程有序的結構特點可以有效地解決有機電極材料在電解液中溶解的問題，同時其多孔性可以為離子傳輸提供通道，從而加速鋰離子的傳輸，提供豐富的鋰離子存儲位點，進而提升鋰離子電池的性能。大部分傳統的金屬有機框架材料不具有導電性，因此在用作鋰離子電池電極材料時受制于其導電性差，使得其氧化還原能力有限，性能欠佳。

不同于傳統的金屬有機框架材料，二維導電金屬有機框架材料是一種新型的多功能材料，其優異的導電特性以及多孔特性可以加快離子和電子的傳輸，從而提高電池的高倍率性能以及循環穩定性，同時解決有機小分子材料在電解液中溶解的問題。目前關于導電金屬有機框架材料在堿金屬離子電池中應用很少，開發新型的有機材料以及導電金屬有機框架用于堿金屬離子電池電極材料具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種基于三環喹唑啉及其衍生物的電池負極材料及其在堿金屬離子電池中的應用。

本發明為了實現其目的，采用的技術方案是：

一種電池負極活性材料，所述活性材料為三環喹唑啉或其衍生物，所述衍生物為三環喹唑啉的導電金屬有機框架或共價有機框架。

優選地，所述衍生物為六羥基三環喹唑啉銅配位聚合物。

一種電池負極材料，包括前述的負極活性材料，還包括導電劑、粘結劑、溶劑。

優選地，在上述電池負極材料中，所述負極活性材料、導電劑、粘結劑分別占三者總質量的質量百分比為：

負極活性材料：50％-70％；

導電劑：10％-40％，優選20％-40％；

粘結劑：5％-20％，優選5％-10％；

所述溶劑的質量為占所述電池負極材料總質量的5％-20％；

優選負極活性材料、導電劑、粘結劑的質量比為7﹕2﹕1。

優選地，所述導電劑選自導電炭黑、碳納米管、人造石墨、天然石墨或乙炔黑中的一種；

所述溶劑為水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮、乙醇和甲醇中的一種或多種混合物；