一种电极材料、其制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种有机电极材料及其制备方法及用途。本发明专利技术的有机电极材料包含羟基苯磺酸、羟基苯磺酸盐、苯磺酸、苯磺酸盐、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的任意一种或至少两种的混合物作为活性物质。本发明专利技术还提供了一种有机电极及其制备方法，所述有机电极的原料组分中包含上述活性物质、导电添加剂和粘结剂。本发明专利技术的有机电极材料原料易得，合成方法简单，成本低廉，而且采用该有机电极材料制得的锂离子电池和钠离子电池均具有非常好的电化学性能，比容量高，稳定性和倍率性能优良，得到的锂电池的首次放电容量可达2272mAh g

Electrode material, preparation method and application thereof

The invention discloses an organic electrode material, a preparation method and an application thereof. The organic electrode material of the present invention comprises hydroxy benzene sulfonic acid, hydroxy benzene sulfonate, benzene sulfonic acid, benzene sulfonate, benzene two sulfonic acid or benzene two sulfonate, or any mixture of at least two kinds as active substance. The invention also provides an organic electrode and a preparation method thereof, wherein the raw material component of the organic electrode contains the active substance, the conductive additive and the binder. Organic electrode material of the invention is easy, the synthesis method is simple, low cost, and lithium ion battery using the organic electrode materials prepared and sodium ion batteries have very good electrochemical properties, high specific capacity, stability and excellent rate capability, the lithium battery discharge capacity can reach 2272mAh G

【技术实现步骤摘要】
一种电极材料、其制备方法及用途
本专利技术属于二次电池和能源材料
，涉及一种电极材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种含有羟基苯磺酸和/或羟基苯磺酸盐的有机电极材料、其制备方法及该电极材料在离子型电池的用途。
技术介绍
二十一世纪以来，能源问题已成为制约各国经济发展的主要问题。煤、石油和天然气等传统化石能源是目前支撑社会发展的主要能源。但是，化石能源不仅储量问题日渐突出，而且带来了严重的环境污染。因此，发展清洁的可再生能源成为人类社会可持续发展的关键。在目前的储能体系中，化学储能电池因其高效便捷，无地域限制等特点脱颖而出，成为世界范围内研究的热点。锂离子电池由于能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应和自放电小等优点在目前储能材料市场中独占鳌头。而钠离子电池钠源丰富，可以从海水和盐湖中提取，为电池的可持续发展提供了可能。目前，对于锂离子和钠离子电池的研究大部分集中在无机材料上，但是大部分无机材料生产成本高，资源有限且涉及环境污染问题，阻碍了其进一步的发展。而有机化合物具有种类繁多含量丰富、氧化还原电位调节范围宽、能发生多电子反应以及容易循环等优点，成为了电池材料领域研究的新方向。目前，对于锂/钠离子电池有机负极材料的研究有了一定的进展。Q.Deng等研究了有机小分子盐2,5-二羟基对苯二甲酸二锂盐(Li2DHTP)以及对应的有机酸2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTPA)作为锂离子负极材料的电化学行为。Li2DHTP循环100圈后，容量保持在165mAhg-1，库伦效率为98％，倍率性能较好，虽然DHTPA具有优异的Li+存储能力，但是其循环稳定性不佳(Q.J.Dengetal,J.Electroanal.Chem.,761(2016)74–79)。Zhao等研究了对苯二甲酸钠(Na2C8H4O4)的嵌钠性能。在0.1～0.2V，0.1C倍率条件下该材料具有270mAhg-1的比容量。通过将材料与20％的科琴黑超导电碳(KB碳)进行球磨，能有效减小粒径，增加其导电性。为了改善倍率性能，作者对Na2C8H4O4进行了Al2O3包覆，包覆后的材料能有效减少SEI膜的形成，有利于电极结构的保持，从而改善循环寿命。未处理的对苯二甲酸钠初始容量为258mAhg-1，50次循环后衰减至192mAhg-1，包覆后的材料初始比容量为255mAhg-1，50次后保持在211mAhg-1(L.Zhao,J.Zhao,Y.S.Hu,H.Li,Z.Zhou,M.AMmand,L.Chen,Adv.EnergyMater.,2(2012)962–965)。但是上述材料依然存在比容量低和循环稳定性不佳的问题，为了适应高比能量和寿命长的锂/钠离子电池的发展需要，开发比容量高、循环稳定性好、简单易得的新型锂/钠离子电池有机负极材料是离子电池发展并产业化的重要途径和需求。
技术实现思路
针对上述问题以及新型绿色有机电池的需要，本专利技术的目的是提供一种比容量高、循环稳定性好且简单易得的有机电极材料、其制备方法及用途。本专利技术的有机电极材料既可以用于锂离子电池又适用于钠离子电池的制备，得到的锂离子电池和钠离子电池均表现出非常好的电化学性能，且该有机电极材料的制备方法简单，易于实施，有利于推广。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种有机电极材料，所述有机电极材料中包含活性物质，所述活性物质为羟基苯磺酸、羟基苯磺酸盐、苯磺酸、苯磺酸盐、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的任意一种或至少两种的混合物。本专利技术中，有机电极材料为有机正极材料或有机负极材料中的任意一种，优选为有机负极材料。优选地，以有机电极材料的总质量为100％计，所述活性物质的质量百分比为50％～90％，例如50％、52％、55％、56％、58％、60％、65％、68％、70％、72.5％、75％、77％、79％、81％、83.5％、85％、88％或90％等。本专利技术所述“羟基苯磺酸”为本领域常用的羟基苯磺酸，对羟基的个数和位置，以及苯磺酸基的个数和位置不作限定，例如可以是4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸、4,5-二羟基苯-1,3-二磺酸或对羟基苯磺酸等，优选为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸。本专利技术所述“苯二磺酸”例如可以是1,3苯二磺酸等。优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸的制备方法为：向1,2,3-三羟基苯中加入浓硫酸(即质量分数在70％以上的硫酸)，室温(即15～32℃)搅拌反应，充分析出白色固体后，过滤，干燥，得到白色粉末状的4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸。本专利技术所述“羟基苯磺酸盐”为本领域常用的羟基苯磺酸的金属盐，例如4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸盐、4,5-二羟基苯-1,3-二磺酸盐和对羟基苯磺酸盐等。优选地，所述羟基苯磺酸盐、苯磺酸盐和苯二磺酸盐独立地选自各自的碱金属盐、碱土金属盐或IIIA族金属盐中的任意一种或至少两种的组合，即羟基苯磺酸碱金属盐、羟基苯磺酸碱土金属盐、羟基苯磺酸IIIA族金属盐、苯磺酸碱金属盐、苯磺酸碱土金属盐、苯磺酸IIIA族金属盐、苯二磺酸碱金属盐、苯二磺酸碱土金属盐或苯二磺酸IIIA族金属盐中的任意一种或至少两种的组合。进一步优选地，所述羟基苯磺酸盐为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸盐，优选为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐、4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱土金属盐或4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸IIIA族金属盐中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐的制备方法为：将4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸溶于水，与碱金属盐反应，充分析出白色固体后，过滤，干燥，得到白色粉末状的4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐。优选地，4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐的制备过程中，所述碱金属盐包括氯化钠、溴化钠、碘化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、氯化锂、溴化锂、碘化锂、碳酸锂、碳酸氢锂、硝酸锂、硫酸锂、磷酸锂或磷酸氢二锂中的任意一种或至少两种的组合，但又不限于上述列举的碱金属盐，其他可达到相同效果的碱金属盐也可用于本专利技术。优选地，4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱土金属盐的制备方法为：将4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸溶于水，与碱土金属盐反应，充分析出白色固体后，过滤，干燥，得到白色粉末状4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱土金属盐。优选地，4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱土金属盐的制备过程中，所述碱土金属盐包括氯化镁、溴化镁、碘化镁、碳酸镁、硝酸镁、硫酸镁或磷酸镁中的任意一种或至少两种的组合，但又不限于上述列举的碱土金属盐，其他可达到相同效果的碱土金属盐也可用于本专利技术。优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐的制备方法为：将4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸溶于水，与IIIA族金属盐反应，过滤，干燥，得到白色粉末状的4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸IIIA族金属盐。优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸IIIA族金属盐的制备过程中，所述IIIA族金属盐包括氯化铝、溴化铝、碘化铝、硝酸铝、硫酸铝中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术中，4,5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机电极材料，其特征在于，所述有机电极材料中包含活性物质，所述活性物质为羟基苯磺酸、羟基苯磺酸盐、苯磺酸、苯磺酸盐、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的任意一种或至少两种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种有机电极材料，其特征在于，所述有机电极材料中包含活性物质，所述活性物质为羟基苯磺酸、羟基苯磺酸盐、苯磺酸、苯磺酸盐、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的任意一种或至少两种的混合物。2.根据权利要求1所述的有机电极材料，其特征在于，所述有机电极材料为有机正极材料或有机负极材料中的任意一种，优选为有机负极材料；优选地，以所述有机电极材料的总质量为100％计，所述活性物质的质量百分比为50％～90％。3.根据权利要求1或2所述的有机电极材料，其特征在于，所述羟基苯磺酸为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸、4,5-二羟基苯-1,3-二磺酸或对羟基苯磺酸中的任意一种或至少两种的混合物，优选为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸；优选地，所述苯二磺酸为1,3-苯二磺酸；优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸的制备方法为：向1,2,3-三羟基苯中加入质量分数在70％以上的硫酸，15～32℃搅拌反应，过滤，干燥，得到白色粉末状的4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸。4.根据权利要求1-3任一项所述的有机电极材料，其特征在于，所述羟基苯磺酸盐为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸盐、4,5-二羟基苯-1,3-二磺酸盐、对羟基苯磺酸盐或苯磺酸盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述苯二磺酸盐为1,3-苯二磺酸盐；优选地，所述羟基苯磺酸盐、苯磺酸盐和苯二磺酸盐独立地选自碱金属盐、碱土金属盐或IIIA族金属盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述羟基苯磺酸盐为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸盐，优选为4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐、4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱土金属盐或4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸IIIA族金属盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐的制备方法为：将4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸溶于水，与碱金属盐反应，过滤，干燥，得到白色粉末状的4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐；优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱金属盐的制备过程中，所述碱金属盐包括氯化钠、溴化钠、碘化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、氯化锂、溴化锂、碘化锂、碳酸锂、碳酸氢锂、硝酸锂、硫酸锂、磷酸锂或磷酸氢二锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸碱土金属盐的制备方法为：将4,5,6-三羟基苯-1,3-二磺酸溶于水，与碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：党宁，李泯婵，卢周广，陆为，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44