一种有机电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种有机电极材料及其制备方法和应用，本发明专利技术提供的具有式(I)所示结构的有机电极材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池时表现出良好的循环性能和优异的倍率性能。本发明专利技术提供的锂离子电池已超越了大部分现有的有机锂离子电池负极材料制备的锂离子电池，甚至可以与很多无机材料作为负极材料制备的锂离子电池相媲美。此外，本发明专利技术所提供方法简单易行，适用于工业上批量生产，具有很好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种有机电极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电池应用领域，尤其涉及一种有机电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，锂离子电池已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多便携式电子产品领域，并且成为了未来电动汽车(EV)、电动和机械动力并用的混合电动汽车(HEV)等领域的可再充式电源的主要选择对象。因而，锂离子电池的性能优化吸引了了社会的极大关注。在锂离子电池发展的过程中，传统锂离子电池负极材料为无机材料，而无机材料由于理论比容量和结构稳定性所限，能量密度很难进一步提高。并且随着锂离子电池的大规模生产和使用，人们开始担忧无机电极材料带来的资源与环境问题。而有机电极材料具备结构多样性、柔韧性、易加工性以及环保等多项优点，因而有机电极材料在锂离子电池电极材料领域占有越来越重要的地位。但是，传统的有机电极材料的制备工艺过程通常都比较复杂，制备得到的电极材料的分子结构在充放电时会遭到一定的破坏，，从而使得电极的电导率下降，机械性能遭到破坏。因此传统的有机电极锂离子电池负极材料的比电容、能量密度较低，循环性也不佳。醌类化合物具有良好的电化学氧化还原活性，人们很早就对它们展开了电化学方面的研究。但是醌类有机化合物如菲醌、苯醌及苯醌衍生物作为电极材料的利用率很低，实际比容量并不高，也难以进行充放电循环。因此，得到一种性能优异的有机电极材料是目前研究者们迫切需要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种有机电极材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的有机电极材料作为锂离子电池负极材料具有良好的循环性能和优异的倍率特性。本专利技术提供了一种有机电极材料的制备方法，包括：将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料，其中，所述交联剂为二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、、二甲氧基丁烷或二甲氧基戊烷。优选的，所述对苯醌和所述交联剂的摩尔比为(0.1～1)∶1。优选的，所述催化剂为无水AlCl3、无水FeCl3、H2SO4或H3PO4。优选的，所述溶剂为二氯乙烷、二氯甲烷、丙酮和己烷中的一种或几种。优选的，所述步骤具体为：1)将交联剂缓加入对苯醌和溶剂的混合液中，然后再加入催化剂，加热反应，得到粘稠状混合物；2)向粘稠状混合物中加入水，清洗抽滤后得到式(I)所示的有机电极材料。优选的，所述加热反应的温度为40～150℃。优选的，所述水为等离子水。本专利技术还提供了一种有机电极材料，由本专利技术提供的有机电极材料制备方法制备得到。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极，通过将本专利技术所述的具有式(I)结构的有机电极材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合得到的浆料涂布在铜箔上得到。优选的，所述具有式(I)结构的有机电极材料、所述导电炭黑和所述聚偏氟乙烯的质量比为(45～55)∶(35～45)∶(5～15)。与现有技术相比，本专利技术提供的有机电极材料通过将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料，且使所述交联剂为二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、、二甲氧基丁烷或二甲氧基戊烷。使得得到的有机电极材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池时表现出良好的循环性能和优异的倍率性能。通过实验结果表明，本专利技术提供的有机电极材料作为锂离子电池的负极材料制备的锂离子电池，在200mAg-1的电流下其首次放电和充电容量分别为1163.11mAhg-1和509.56mAhg-1，而且循环100圈以后的容量依然保持为820.52mAhg-1。在倍率性能中1000mAg-1的电流下循环容量为456.25mAhg-1，即使是在高倍率电流2000mAg-1下起容量依然为307.48mAhg-1，而且在100，200，500，1000，2000，100多个不同电流密度的循环后其容量依然良好的恢复到841.67mAhg-1。可见，本专利技术提供的锂离子电池具有较高的能量密度和良好的循环性能，其已超越了大部分现有的有机锂离子电池负极材料制备的锂离子电池，甚至可以与很多无机材料作为负极材料制备的锂离子电池相媲美。此外，本专利技术所提供方法简单易行，适用于工业上批量生产，具有很好的工业应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的有机电极材料的红外光谱图；图2为通过XPS测试得到的C的价态图；图3为通过XPS测试得到的氧的价态图；图4是本专利技术实施例1制备的锂离子电池的倍率性能图；图5是本专利技术实施例1制备的锂离子电池的在200mAg-1下的循环曲线图(循环圈数为100圈)；图6是本专利技术实施例1制备的锂离子电池的在200mAg-1下的充放电循环曲线图；图7是本专利技术实施例1中制备的锂离子电池的的循环伏安曲线曲线图；图8是本专利技术实施例1制备的锂离子电池的的阻抗图谱。具体实施方式本专利技术还提供了一种有机电极材料的制备方法，包括：将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料，其中，所述交联剂为二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、、二甲氧基丁烷或二甲氧基戊烷.按照本专利技术，本专利技术将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料；其中，所述交联剂优选为二甲氧基甲烷或二甲氧基乙烷；所述催化剂优选为无水AlCl3、无水FeCl3、H2SO4或H3PO4；所述溶剂优选为二氯乙烷、二氯甲烷、丙酮和己烷中的一种或几种；所述对苯醌和所述交联剂的摩尔比优选为(0.1～1)∶1，更优选为(0.2～0.8)∶1，最优选为(0.4～0.6)∶1。本专利技术中，为了使反应能够更加顺利的进行，本专利技术优选具体按照以下步骤制备式(I)所示的有机电极材料：1)将对苯醌缓慢加入交联剂和溶剂的混合液中，然后再加入催化剂，加热反应，得到粘稠状混合物；2)向粘稠状混合物中加入水，清洗抽滤后得到式(I)所示的有机电极材料。其中，本专利技术首先将交联剂缓慢加入对苯醌和溶剂的混合液中，然后再加入催化剂，加热反应，得到粘稠状混合物；其中，所述加热反应的温度优选为40～150℃，更优选为60～120℃，最优选为80～100℃。本专利技术还向粘稠状混合物中加入水，清洗抽滤后得到式(I)所示的有机电极材料。其中，所述水优选为去离子水，本专利技术对清洗抽滤的方法也没有特殊要求，本领域公知的清洗抽滤方式即可。本专利技术还提供了一种有机电极材料，由本专利技术提供的有机电极材料的制备方法制备得到。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极，通过将本专利技术所述的具有式(I)结构的有机电极材料、导电炭黑、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合得到的浆料涂布在铜箔上得到。其中，所述具有式(I)结构的有机电极材料、所述导电炭黑和所述聚偏氟乙烯的质量比优选为(45～55)∶(35～45)∶(5～15)，更优选为50∶40∶10。本专利技术提供的有机电极材料通过将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料，且使所述交联剂为二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、、二甲氧基丁烷或二甲氧基戊烷。使得得到的有机电极材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池时表现出良好的循环性能和优异的倍率性能。本专利技术提供的锂离子电池已超越了大部分现有的有机锂离子电池负极材料制备的锂离子电池，甚至可以与很多无机材料作为负极材料制备的锂离子电池相媲美。此外，本专利技术所提供方法简单易行，适用于工业上批量生产，具有很好的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机电极材料的制备方法，包括：将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料，其中，所述交联剂为二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、、二甲氧基丁烷或二甲氧基戊烷。

【技术特征摘要】
1.一种有机电极材料的制备方法，包括：将对苯醌、交联剂、催化剂和溶剂混合反应，得到有机电极材料，其中，所述交联剂为二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、、二甲氧基丁烷或二甲氧基戊烷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对苯醌和所述交联剂的摩尔比为(0.1～1)∶1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为无水AlCl3、无水FeCl3、H2SO4或H3PO4。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二氯乙烷、二氯甲烷、丙酮和己烷中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤具体为：1)将交联剂缓加入对苯醌和溶剂的混合液中，然后再...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟威豪，张海燕，李争晖，李柳青，李兆鹏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44