一种基于稠环化合物的锂电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包含有机分子‑碳黑复合物的锂离子电池负极材料及其制备方法。所述负极材料包含一种由有机分子与碳黑形成的有机分子‑碳黑复合物，所述有机分子选自稠环吡喃盐化合物和稠环吡啶盐化合物中的至少一种。所述制备方法包括以下步骤：将有机分子溶解于丙酮中；加入碳黑，持续搅拌；烘干溶剂，获得有机分子‑碳黑复合物；加入粘结剂制备电池浆料；将电池浆料涂于铜箔上，烘干，获得所述包含有机分子‑碳黑复合物的锂离子电池负极材料。该负极材料具有良好的比容量和循环稳定性，可以在室温下达到很高的容量。且该制备方法步骤简单，成本降低。 1

Lithium battery negative electrode material based on fused ring compound and preparation method thereof

The invention discloses a lithium ion battery anode material containing an organic molecular carbon black complex and a preparation method thereof. The negative electrode consists of an organic molecule formed by organic molecules and carbon black. The organic molecule is selected from at least one of the thick ring pyran salt compound and the thickened ring pyridinium salt compound. The preparation method includes the following steps: dissolving organic molecules in acetone, adding carbon black, stirring continuously, drying solvent, obtaining organic molecule carbon black complex, adding binder to prepare battery slurry, applying battery slurry to copper foil, drying, and obtaining lithium ion containing organic molecule carbon black complex. Battery negative electrode material. The anode material has good specific capacity and cycle stability, and can achieve high capacity at room temperature. And the preparation method is simple and the cost is reduced. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于稠环化合物的锂电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种有机负极材料，特别是一种基于稠环吡喃盐和/或稠环吡啶盐化合物的锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着便携和可穿戴电子设备的迅速发展，人们对高性能的能源储存器件的需求日益增加，市场对于锂离子电池的产量和能量密度需求直线上升，因此寻找低成本的新材料以改善其容量成为当下的热点与难点。锂离子电池是目前最成熟的二次电池，为了使锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命与高工作安全性，需要正极材料与负极材料具有良好的匹配性，因此负极材料作为锂离子电池的重要组成部分受到广泛关注，其性能的好坏直接影响到锂离子电池的性能及市场竞争力。常见的锂离子电池负极材料有石墨、碳、锡基化合物、硅基化合物、3D金属氧化物等无机材料。对广泛使用的石墨负极材料来说，其在过充时容易形成锂枝晶，存在安全隐患。硅和锡及其合金负极材料在充放电过程中结构不稳定、循环性能差，大规模商业化应用困难。金属氧化物负极材料的首圈库伦效率太低，充放电过程中的体积变化效应明显，循环稳定性差，且含有过渡金属元素，对环境有污染，这些问题限制了其产业化前景。此外，无机负极材料的应用还受到矿产资源储量的限制。有机负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，其可以从可再生的生物体中获取，使用后可自我降解，回到自然界中，转变为生物体的一部分，从而实现物质的循环利用。因此有机物作为锂离子电池电极材料引起了业界的关注。例如2012年TaoleiSun在Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,5147-5151中以萘四甲酸酐(NTCDA)为例研究了芳香族化合物的嵌锂机制，认为可以形成C6/Li6，反应机理如图1所示，其作为锂离子负极材料容量可达1800mAh·g-1。又如2015年QichunZhang在Advancedenergymaterial上发表的NanostructuredConjugatedLadderPolymersforStableandFastLithiumStorageAnodeswithHigh-Capacity中公开了用1,2,4,5-四氨基苯氢溴酸盐分别与萘四甲酸酐和苝四甲酸酐反应制备共轭梯形聚合物BBL和SBBL，其中BBL在室温下的容量为619mAh·g-1，50℃时的容量为1416mAh·g-1。然而该文献中公开的测试条件需要维持在50℃，较为不便且难以实现。目前有机负极材料种类较少，且多为聚合物，很少小分子类型的有机负极材料。这主要是因为有机小分子易溶解于电解液中，造成电池循环稳定差。因此，本领域的技术人员致力于开发一种稳定、性能优异的小分子类型的有机负极材料。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型有机分子来构建锂离子电池负极材料，解决有机负极材料溶解性问题，提高电池容量和稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种包含有机分子-碳黑复合物的负极材料，该负极材料为新型小分子类型的有机负极材料，从而提高电池比容量和循环稳定性。在第一方面，本专利技术公开了一种包含有机分子-碳黑复合物的负极材料，所述有机分子选自稠环吡喃盐化合物和稠环吡啶盐化合物中的至少一种。优选的，所述稠环吡喃盐化合物和稠环吡啶盐化合物选自4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)(简写PBDPT)、2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐(简写TPT)、1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐(简写BTPPT)、1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐(简写PPBTPT)中的至少一种。优选的，所述4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)由对苯二甲醛、苯乙酮和三氟化硼乙醚溶液反应制备。优选的，所述4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)的制备方法为：由对苯二甲醛、苯乙酮和三氟化硼乙醚溶液在甲苯中反应；将所得混合溶液在氮气氛围下回流，获得反应溶液；将反应溶液冷却至室温，随后加入乙醚，过滤、干燥、重结晶、再过滤后得到黄色固体，即为4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)(PBDPT)。优选的，所述1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐由4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)与苯胺反应制备。优选的，所述1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐的制备方法为：由PBDPT、苯胺在二甲基亚砜中反应；将所得混合溶液在氮气氛围下保持一定温度下持续反应一段时间，获得反应溶液；将反应溶液冷却至室温，随后加入水，过滤、干燥、重结晶、再过滤后得到浅黄色固体，即为1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐(BTPPT)。优选的，所述1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐由2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐与对苯二胺反应制备。优选的，所述1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐的制备方法为：由TPT、对苯二胺在二甲基亚砜中反应；将所得混合溶液在氮气氛围下保持一定温度下持续反应一段时间，获得反应溶液；将反应溶液冷却至室温，随后加入水，过滤、干燥、重结晶、再过滤后得到浅黄色固体，即为1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐(PPBTPT)。优选的，所述有机分子-碳黑复合物由所述有机分子与碳黑在丙酮中搅拌、烘干制备。优选的，所述负极材料由所述有机分子-碳黑复合物组成的电极浆料在铜箔上涂覆、烘干制备。在第二方面，本专利技术公开了一种包含有机分子-碳黑复合物的负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：A.将有机分子加入丙酮中，所述有机分子选自稠环吡喃盐化合物和稠环吡啶盐化合物中的至少一种；B.待步骤A中的有机分子完全溶解于丙酮后，在溶液中加入碳黑，并持续搅拌一段时间；C.将步骤B中的溶液的溶剂烘干，获得有机分子-碳黑复合物；D.在步骤C中的有机分子-碳黑复合物中加入粘结剂，制备电池浆料；E.将步骤D中的电池浆料涂于铜箔上，烘干，获得所述负极材料。优选的，步骤A中的所述稠环吡喃盐化合物和稠环吡啶盐化合物选自4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)(简写PBDPT)、2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐(简写TPT)、1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐(简写BTPPT)、1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐(简写PPBTPT)中的至少一种。优选的，步骤B中的搅拌为磁力搅拌，持续2小时。优选的，步骤E中的烘干在80℃进行，持续12小时。本专利技术通过上述制备方法将有机分子和碳黑成功地复合，由此制备出的包含有机分子-碳黑复合物的锂离子电池负极材料提高了电池的循环稳定性和倍率性能，可以在室温下达到很高的容量。且该复合制备方法步骤简单，成本降低，相比现有技术的测试条件具备更强的操作性。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是现有技术公开的芳香族化合物的脱嵌锂离子电化学机理图；图2(a)-图2(d)是本专利技术公开的优选化合物的脱嵌锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包含一种有机分子‑碳黑复合物，所述有

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包含一种有机分子-碳黑复合物，所述有机分子选自稠环吡喃盐化合物和稠环吡啶盐化合物中的至少一种。2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述有机分子选自4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)、2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐、1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐、1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐中的至少一种。3.如权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述1,4-二(1,2,6-三苯基吡啶-4-)苯二四氟化硼盐由4,4-(1,4-苯基)二(2,6-二苯基吡喃四氟化硼盐)与苯胺反应制备。4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述1,1'-对苯-二(2,4,6-三苯基吡啶)二四氟化硼盐由2,4,6-三苯基吡喃四氟化硼盐与对苯二胺反应制备。5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述有机分子-碳黑复合物由所述有机分子与碳黑在丙酮中搅拌、烘干制备。6.如权利要求1所述的负极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：马列，吴东清，鲁登，杨鹏，黄涛，井凡，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31