负极活性物质、负极材料、二次电池以及制备方法技术

本发明专利技术提供一种二次电池用负极活性物质、负极材料、二次电池以及制备方法，其中负极活性物质的选自如下结构式(1)～(4)中的一种：

Anode active substance, anode material, secondary battery and preparation method

【技术实现步骤摘要】
负极活性物质、负极材料、二次电池以及制备方法
本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种用于二次电池的负极活性物质、负极材料、二次电池以及负极材料的制备方法。
技术介绍
能源是一个国家发展的经济命脉。随着科技的发展、能源的不断消耗，目前的储能材料已经不能满足人们的需求。大力开发新的储能材料已经成为了当今社会的主题。近些年来，锂离子电池在便携电子设备、动力汽车等方面普遍使用。此外，对于钠离子电池和钾离子电池也是目前的研究热点。目前商业化的电池负极材料常用的是石墨材料，然而其比容量较低。因此，选择一个有利于大量锂离子、钠离子或钾离子储蓄和快速扩散的负极活性材料对于二次电池的广泛应用和工业化生产而要尤为重要。对于二次电池负极材料，无机物类负极材料获得了广泛的发展，然而其资源有限且合成过程复杂。有机化合物相对来说，具有成本较低、资源丰富、多样的化学结构以及可调节的氧化还原电位等优势。目前已研究出的有机化合物负极活性物质大多具有芳香环以及一些功能基团，例如碳-氧双键、碳-碳双键，这些功能基团可用于储存二次电池中的迁移离子。然而，现有的有机化合物在类型上和官能团上都较为单一，种类较少，应用范围窄，对于应用于二次电池负极材料的有机化合物在种类和结构上还需进一步的扩展和研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚醚基聚合物，用以解决上述问题。本专利技术提供一种二次电池用负极活性物质，该负极活性物质选自如下结构式(1)～(4)中的一种：其中，n和m分别为0、1、2、3或4，各个取代基R1和各个取代基R2各自独立地选自卤素、*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，M选自Li、Na、K、H中的一种，L1选自单键和双键交替排列的亚烯基、亚苯基、亚乙基或亚乙烯基；x和y分别为0、1或2，各个取代基R3和各个取代基R4各自独立地选自卤素、*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，M选自Li、Na、K、H中的一种，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基；其中*代表与结构式(1)～(4)的连接点。进一步地，负极活性物质的结构式为下述(1’)式，其中，n和m分别为0、1或2，各个取代基R1和各个取代基R2各自独立地选自*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基，R1的取代位置是4位和/或6位，R2的取代位置是4’位和/或6’位。进一步地，当负极活性物质的结构式为下述(3’)或(4’)式，其中，x和y分别为0或1，各个取代基R3和各个取代基R4各自独立地选自*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基，当所述负极活性物质的结构式为(3’)式时，R3的取代位置是5位，R4的取代位置是2位；当所述负极活性物质的结构式为(4’)式时，R3的取代位置是6位，R4的取代位置是2位。进一步地，为L1中碳原子数为2～8。本专利技术的二次电池用负极活性物质，电导率高，结构稳定，其中的硫能够储存充放电过程中的迁移离子，可作为二次电池的负极材料。本专利技术还提供一种二次电池用负极材料，该负极材料中含有上述的负极活性物质，负极材料还包括导电剂和粘结剂，导电剂为超导炭黑、超导石墨、乙炔黑、科琴黑中的一种或多种；粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚氧化乙烯、β-环糊精中的一种或多种；负极活性物质、导电剂、和粘结剂占负极材料总量的质量百分比分别为：50％～80％、10％～40％、10％，优选为50％、40％、10％或60％、30％、10％。本专利技术的二次电池用负极材料，循环性能稳定，具有储能前景。本专利技术还提供一种二次电池，该二次电池中选用了上述的负极活性物质，二次电池为锂离子电池、钠离子电池或钾离子电池中的一种。另外，选用了上述负极活性物质的二次电池，其中的电解质可为固态电解质。本专利技术也提供了一种二次电池用负极材料的制备方法，该制备方法利用了上述的负极活性物质，该制备方法包括以下步骤：将所述负极活性物质真空干燥脱水；将干燥脱水后的所述负极活性物质与导电剂、粘结剂混合调浆，涂覆于负极集流体上，将所述负极集流体真空干燥，压片。进一步地，在负极活性物质中，各个取代基R1和各个取代基R2中至少一个选自*-COOM或*-L1-COOM，各个取代基R3和各个取代基R4中至少一个选自*-COOM或*-L1-COOM，所述制备方法中，粘结剂选用水系粘结剂，并用水将负极活性物质、导电剂和粘结剂混合调浆。进一步地，将上述负极活性物质真空干燥脱水前研磨所述负极活性物质；对负极活性物质真空干燥温度为80～150℃，干燥时间为8～18小时；对负极集流体进行真空干燥温度为80～110℃，干燥时间为6～15小时，进行压片的压力为2～10MPa。本专利技术的制备方法操作简便，能够最大化减少误差，制备的负极片活性材料不易脱落，重复性高，易于工业化生产。附图说明下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1为实施例1所制备的负极极片装配锂离子电池的循环比容量图；图2为实施例1所制备的负极极片装配钠离子电池的循环比容量图；图3为实施例2所制备的负极极片装配锂离子电池的倍率性能图；图4为实施例3的负极活性物质的合成路径图；图5为实施例3所制备的负极极片的扫描电镜图；图6为实施例3所制备的负极极片装配钠离子电池的循环比容量图；图7为实施例3所制备的负极极片装配钠离子电池的阻抗图；图8为实施例3的负极活性物质充放电机理图；图9为实施例4所制备的负极极片装配钠离子电池的循环比容量图；图10为实施例5所制备的负极极片装配固态钠离子电池的循环比容量图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。虽然本专利技术的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此专利技术的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作专利技术介绍的目的是为了覆盖基于本专利技术的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本专利技术的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本专利技术也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本专利技术的重点，有些具体细节将在描述中被省略。本专利技术提供了一种二次电池用负极活性物质，该负极活性物质的结构式选自如下(1)～(4)中的一种：其中，n和m分别为0、1、2、3或4，各个取代基R1和各个取代基R2各自独立地选自卤素、*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，M选自Li、Na、K、H中的一种，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基；x和y分别为0、1或2，各个取代基R3和各个取代基R4各自独立地选自卤素、*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，M选自Li、Na、K、H中的一种，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基；其中*代表与结构式(1)～(4)的连接点。二次电池例如锂离子、钠离子和钾离子电池，有机化合物作为二次电池的负极活性物质，其中的功能团会参与到电化学反应中，用于储存和释放锂离子、钠离子或钾离子，不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池用负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质选自如下结构式(1)～(4)中的一种：

【技术特征摘要】
1.一种二次电池用负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质选自如下结构式(1)～(4)中的一种：其中，n和m分别为0、1、2、3或4，各个取代基R1和各个取代基R2各自独立地选自卤素、*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，M选自Li、Na、K、H中的一种，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基；x和y分别为0、1或2，各个取代基R3和各个取代基R4各自独立地选自卤素、*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，M选自Li、Na、K、H中的一种，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基；其中*代表与结构式(1)～(4)的连接点。2.如权利要求1所述的二次电池用负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质的结构式为下述(1’)式，其中，n和m分别为0、1或2，各个取代基R1和各个取代基R2各自独立地选自*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基，R1的取代位置是4位和/或6位，R2的取代位置是4’位和/或6’位。3.如权利要求1所述的二次电池用负极活性物质，其特征在于，当所述负极活性物质的结构式为下述(3’)或(4’)式，其中，x和y分别为0或1，各个取代基R3和各个取代基R4各自独立地选自*-COOM、*-C≡N、*-L1-COOM、*-L1-C≡N，L1选自亚苯基、亚乙基、亚乙烯基或单键和双键交替排列的亚烯基；当所述负极活性物质的结构式为(3’)式时，R3的取代位置是5位，R4的取代位置是2位；当所述负极活性物质的结构式为(4’)式时，R3的取代位置是6位，R4的取代位置是2位。4.如权利要求1-3任一项所述的二次电池用负极活性物质，其特征在于，所述为L1中碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开学，马超，陈接胜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31