一种有机电极材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于新能源领域，具体涉及一种有机电极材料、制备方法及其应用。本发明专利技术公开了一种有机电极材料的制备方法，包括以下步骤：在催化剂的作用下，将对苯二胺与交联剂溶于溶剂并发生傅克反应，得到有机电极材料。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单，适合大批量生产，由该制备方法制得的有机电极材料为具有网状结构的交联对苯二胺，极大地提高了有机材料在作为锂离子电池负极材料使用时的循环稳定性和电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种有机电极材料、制备方法及其应用
本专利技术属于新能源
，具体涉及一种有机电极材料、制备方法及其应用。
技术介绍
因为具有高输出电压、优良的能量和功率密度以及长效的循环稳定性等优势，锂离子电池已经广泛应用于便携的电子设备产品领域。然而，随着储能电源和电动汽车的迅猛发展以及公众环保意识的提高，对锂离子电池的性能提出了更高的要求，因此，开发高能量密度的锂离子电池材料成为近年来研究的重点之一。在锂离子电池发展的过程中，传统锂离子电池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。近年来，科学家发现，与无机材料相比，有机材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强和体系安全等优点，是一类具有广泛应用前景的储能物质。这使得越来越多的科研工作者开始关注有机电极材料。然而，除了以上所表现出来的令人满意的优势之外，有机电极材料仍然许多需要克服的技术难题，例如，其在充放电过程中，电极材料容易溶解在电解液中，造成极大的不可逆容量的损失，且合成工艺复杂，由于过于繁琐的步骤导致生产成本过高以及材料生产的安全性降低。基于以上这些问题，有机材料作为锂离子电池的电极材料暂时难于应用于工业化生产和商业应用中。因此，得到一种性能优异并且具有良好稳定性的有机电极材料是目前研究者们迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种有机电极材料、制备方法及其应用，解决了现有技术中有机电极材料容量损失严重且由于制备工艺复杂导致成本过高以及生产安全性低的问题。本专利技术提供的有机电极材料的制备方法，工艺简单，适合大批量生产，由该制备方法制得的有机电极材料对苯二胺具有二维网状结构，极大地提高了有机材料在作为锂离子电池负极材料使用时的循环稳定性和电化学性能。本专利技术提供了一种有机电极材料的制备方法，包括以下步骤：在催化剂的作用下，将对苯二胺与交联剂溶于溶剂并发生傅克反应，得到有机电极材料。更优选的，所述溶剂为二氯乙烷。优选的，所述对苯二胺与所述交联剂的摩尔比为1:1～1:8。更优选的，所述摩尔比为1:1、1:2、1:4、1:5或1:8。优选的，所述交联剂选自二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、二氯甲烷、二氯乙烷和二氯丙烷中的一种或多种。更优选的，所述交联剂为二甲氧基甲烷。优选的，所述催化剂选自无水氯化铝、无水氯化铁、无水氯化锡和无水氯化锌中的一种或多种。更优选的，所述催化剂为无水氯化铝。优选的，所述傅克反应具体包括以下步骤：在所述交联剂与所述对苯二胺的混合溶液中加入催化剂并水浴加热得到所述有机电极材料。优选的，所述水浴加热的温度为40～120℃。更优选的，所述水浴加热的温度为60℃、80℃、100℃或120℃。优选的，所述水浴加热的时间为2～20h。更优选的，所述水浴加热的时间为10h。优选的，还包括以下步骤：水浴加热得到所述有机电极材料后将其清洗、抽滤和干燥。更优选的，所述清洗的次数为3次。更优选的，所述干燥的温度为70℃，所述干燥的时间为24h。本专利技术还提供了一种有机电极材料，由上述的有机电极材料的制备方法制得。本专利技术还提供了一种有机电极材料作为锂离子电池负极材料的应用。本专利技术提供的一种有机电极材料通过亚甲基交联桥将对苯二胺连接，形成具有大分子量的交联网状结构，降低了其在电解液中的溶解度，且对苯二胺上的苯环和胺基官能团可以有效的储存锂离子，进一步减小了电池不可逆容量的损失，提高了有机材料的稳定性，并能够增强循环特性，从而使该有机电极材料具有比容量高，循环性能优良和倍率性能佳的特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术的原理图；图2为对苯二胺与本专利技术实施例1中交联对苯二胺的红外光谱图；图3为本专利技术实施例1制备的交联对苯二胺的XPS图谱；图4为本专利技术实施例1制备的交联对苯二胺的循环伏安曲线；图5为本专利技术实施例2制备的扣式电池在200mAg-1下循环100圈的循环曲线图；图6为本专利技术实施例2制备的扣式电池在1000mAg-1下循环1000圈的循环曲线图；图7为本专利技术实施例2制备的扣式电池的倍率性能图；图8为本专利技术实施例2制备的扣式电池的阻抗图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了更详细说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种有机电极材料、制备方法及其应用进行具体地描述。实施例1按摩尔比为1:5称取对苯二胺和交联剂二甲氧基甲烷，将对苯二胺和溶剂二氯乙烷加入三颈烧瓶并搅拌，使对苯二胺充分溶解于二氯乙烷中，并将交联剂二甲氧基甲烷加入到三颈烧瓶中，在80℃下水浴加热，然后将催化剂无水AlCl3分批加入到反应液中，在80℃下反应10h后获得反应物。将反应物用去离子水清洗3次并抽滤，最后，将清洗好的反应物放置于70℃的真空干燥箱中干燥24h获得交联对苯二胺。图1为本专利技术的原理图，由图1可知，通过傅克反应，亚甲基-CH2-作为交联桥将对苯二胺桥接起来形成交联网状结构，可以很好地抑制电极材料在电解液中的溶解性，提高了结构的稳定性。图2为对苯二胺和本实施例中交联对苯二胺的红外光谱图，在图2中，通过与对苯二胺对比，交联对苯二胺在2923cm-1处出现了-CH2-伸缩振动峰，图3为本实施例制备的交联对苯二胺的XPS图谱，图3中有3个C1s峰值，分别为287.0eV、285.3eV和285.0eV，而285.3和285.0eV属于苯环和-CH2-的结合能，这两者都是构成交联对苯二胺的骨架组成成分，证明上述实施例成功制备出交联对苯二胺。图4为本实施例制备的交联对苯二胺的循环伏安曲线，由图4可知，该曲线在2.5V出现一个氧化峰，在1.6V出现一个还原峰，说明该交联对苯二胺可发生锂离子的脱嵌反应，表明制备的交联对苯二胺可进行可逆的充放电过程。实施例2将实施例1制备得到的交联对苯二胺与导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比50:40:10混合研磨均匀，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)调成浆料，将上述浆料均匀涂抹在铜箔上，于50℃真空干燥12h后，辊压得到交联对苯二胺极片。将制作的交联对苯二胺极片冲压成的圆片，以的金属锂片为正极，Celgard2400作为隔膜，将电解质六氟磷酸锂溶于体积比为1:1:1的碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的混合溶液，制成1mol/L的电解液，在充满氩气的手套箱内装配成交联对苯二胺-锂扣式电池。采用LAND-CT2001A的电池测试系统在0～3V充放电电压中测试上述扣式电池。图5为本实施例制备的扣式电池在200mAg-1下循环100圈的循环曲线图，由图5可知，200mAg-1的电流下其首次放电和充电容量分别为1106.72mAhg-1和542.00mAhg-1，充放电效率为48.97％，而且循环160圈以后的容量依然保持为679.11mA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在催化剂的作用下，将对苯二胺与交联剂溶于溶剂并发生傅克反应，得到有机电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种有机电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在催化剂的作用下，将对苯二胺与交联剂溶于溶剂并发生傅克反应，得到有机电极材料。2.根据权利要求1所述的有机电极材料的制备方法，其特征在于，所述对苯二胺与所述交联剂的摩尔比为1:1～1:8。3.根据权利要求1所述的有机电极材料的制备方法，其特征在于，所述交联剂选自二甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、二氯甲烷、二氯乙烷和二氯丙烷中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种有机电极材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自无水氯化铝、无水氯化铁、无水氯化锡和无水氯化锌中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的有机电极材料的制备方法，其特征在于，所述傅克反应具体包括以下步...

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