一种含八氟联苯材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种含八氟联苯材料及其制备方法和应用，所述含八氟联苯材料的分子结构如式I所示，其中虚线表示式I所示的结构在二维平面上无限延伸。本发明专利技术所涉及的含八氟联苯材料为含八氟联苯单元和环己三酮单元通过亚胺连接而成的新型材料，其具有规则有序的二维结构、均一的微孔结构以及八氟联苯和环己三酮亚胺活性储锂结构。其拥有与石墨类似的宏观片层结构，使得锂离子能很好地嵌入，且每单位八氟联苯和环己三酮亚胺单元能够提供15个储锂活性位点；此外，其具有形状大小规则可控的微孔结构，为锂离子和电解液的扩散提供了理想的通道，能提高材料活性位点的利用率，进而有利于提升比容量。提升比容量。提升比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种含八氟联苯材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种含八氟联苯材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种含八氟联苯材料及其制备方法和在电池负极材料、电池负极中的应用。

技术介绍

[0002]当前，各种电子产品和电动交通工具蓬勃发展。作为为这些设备提供动力的储能器件，锂离子电池需能够满足这些设备日益提高的供能需求。目前，锂离子电池领域亟待解决的问题是如何进一步提高其能量密度和循环寿命。此外，便携以及可穿戴设备的使用又需锂离子电池具有很好的柔韧性。应对这些问题的策略有多种，最为行之有效的方法之一是开发新型锂离子电池所需的电极材料。
[0003]目前，最主流的商用锂离子电池负极材料是石墨。商品化石墨负极实际容量都低于350mAh g-1
，其理论比容量也仅为372.07mAh g-1
。因此，石墨负极很难满足锂离子电池的高能量密度要求。为了获得高比容量的负极，各种硅材料被相继开发出来。作为锂离子电池负极活性材料，硅具有高达4209.7mAh g-1
的比容量，但是硅负极在电池工作过程中会发生非常严重的膨胀问题，使得电池的循环寿命非常短，且会引发电池安全问题。虽然以抑制硅膨胀问题的多种策略已被报道，但是目前这一问题在实际使用中仍没有被有效地缓解，因而硅负极还不能很好地用于锂离子电池。
[0004]另一种折中的策略是将硅与石墨掺杂制成复合负极材料，以获得具有相对较高比容量和循环寿命的负极活性材料。例如CN107507972A公开了一种硅碳负极材料的制备方法、硅碳负极材料以及锂离子电池。包括以下步骤：以硅合金粉末为原料，经酸洗处理，除去硅合金粉末中除硅以外的其余金属后，得到多孔硅；将多孔硅放入碳前躯体中，进行碳包覆处理，形成带有碳包覆层的硅碳复合材料；将硅碳复合材料进行碳化处理，得到硅碳负极材料。本专利技术工艺简单、易操作，制得的硅碳负极材料同时具备硅类材料的高储锂特性和碳类材料的高循环稳定性，比容量高，导电性好，循环性能好。
[0005]然而，当前市场上，大规模应用的商品化硅碳负极材料的比容量大都低于600mAh g-1
。因此，为了提高锂离子电池能量密度以及循环寿命，研发新型负极活性材料是当前锂离子电池领域亟待解决的问题，且开发出一种新型的能显著提高电池负极比容量、能量密度、倍率性能及循环稳定性的锂离子电池负极活性材料，具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种含八氟联苯材料及其制备方法和应用，尤其提供一种含八氟联苯材料及其制备方法和在电池负极材料、电池负极中的应用。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种含八氟联苯材料，所述含八氟联苯材料的分子结构如式I所示：
[0009][0010]其中虚线表示式I所示的结构在二维平面上无限延伸。
[0011]本专利技术所涉及的含八氟联苯材料为含八氟联苯单元和环己三酮单元通过亚胺连接而成的新型材料，其具有规则有序的二维结构、均一的微孔结构以及八氟联苯和环己三酮亚胺活性储锂结构。其拥有与石墨类似的宏观片层结构，其能很好地使得锂离子嵌入，且每单位八氟联苯和环己三酮亚胺单元能够提供15个储锂活性位点，使得此材料具有高达1778mAh g-1
理论比容量；此外，其具有形状大小规则可控的微孔结构，为锂离子和电解液的扩散提供了理想的通道，能提高材料活性位点的利用率，进而有利于提升比容量。将其应用于制备锂离子电池负极材料能显著提高电池负极比容量、能量密度、倍率性能及循环稳定性。
[0012]优选地，所述含八氟联苯材料的宏观形态为纳米级片层堆叠的层状结构。
[0013]优选地，所述层状结构的层间距为0.33-0.34nm，例如0.33nm、0.332nm、0.335nm、0.338nm或0.34nm等，上述数值范围内的其他任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种如上所述的含八氟联苯材料的制备方法，所述制备方法包括：以4,4'-二氨基八氟联苯和三醛基间苯三酚为原料，在保护性气体保护下反应，得到所述含八氟联苯材料。
[0015]本专利技术所涉及的含八氟联苯材料的制备方法工艺简单易操作，非常适用于大规模的工业化生产。
[0016]优选地，所述4,4'-二氨基八氟联苯与三醛基间苯三酚的摩尔比为(1-2):1，例如2:1、3:2或1:1等，上述数值范围内的其他任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。优选3:2。
[0017]优选地，所述反应在溶剂介质中进行，所述溶剂包括甲苯、邻二甲苯、氯苯、均三甲苯、DMSO或1,4-二氧六环中的任意一种或至少两种的组合。
[0018]所述至少两种的组合例如甲苯和DMSO的组合、邻二甲苯和1,4-二氧六环的组合、氯苯和DMSO的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。优选均三甲苯和1,4-二氧六环的组合。
[0019]进一步优选地，所述均三甲苯与1,4-二氧六环的体积比为(2-4):1，例如2:1、3:1或4:1等，上述数值范围内的其他任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
[0020]优选地，所述反应在催化剂催化下进行，所述催化剂包括酸。
[0021]优选地，所述酸包括醋酸和/或磷酸。
[0022]优选地，所述反应的温度为80-200℃，例如80℃、100℃、120℃、150℃、180℃或200℃等，上述数值范围内的其他任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
[0023]本专利技术不具体限定上述反应的反应时间，该反应在极短的时间内即可生成目标产物，反应时间越长，产物的片层结构越丰富。
[0024]优选地，所述反应结束后对产物冷却、过滤、洗涤和干燥，所述洗涤包括用四氢呋喃、甲醇和水依次洗涤；所述干燥使用真空干燥。
[0025]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料包括如上所述的含八氟联苯材料。
[0026]第四方面，本专利技术提供一种锂离子电池负极，所述锂离子电池负极包括导电剂、粘结剂和如上所述的含八氟联苯材料。
[0027]优选地，所述含八氟联苯材料在所述锂离子电池负极中的质量百分含量为50-99％，例如50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％等，上述数值范围内的其他任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。优选80-98％。
[0028]优选地，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、350G、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、导电石墨或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0029]所述至少两种的组合例如炭黑和乙炔黑的组合、350G和碳纤维的组合、碳纳米管和科琴黑的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
[0030]优选地，所述导电剂在所述锂离子电池负极中的质量百分含量为0.5-30％，例如0.5％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含八氟联苯材料，其特征在于，所述含八氟联苯材料的分子结构如式I所示：其中虚线表示式I所示的结构在二维平面上无限延伸。2.如权利要求1所述的含八氟联苯材料，其特征在于，所述含八氟联苯材料的宏观形态为纳米级片层堆叠的层状结构；优选地，所述层状结构的层间距为0.33-0.34nm。3.如权利要求1或2所述的含八氟联苯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：以4,4'-二氨基八氟联苯和三醛基间苯三酚为原料，在保护性气体保护下反应，得到所述含八氟联苯材料。4.如权利要求3所述的含八氟联苯材料的制备方法，其特征在于，所述4,4'-二氨基八氟联苯与三醛基间苯三酚的摩尔比为(1-2):1，优选3:2。5.如权利要求3或4所述的含八氟联苯材料的制备方法，其特征在于，所述反应在溶剂介质中进行，所述溶剂包括甲苯、邻二甲苯、氯苯、均三甲苯、DMSO或1,4-二氧六环中的任意一种或至少两种的组合；优选均三甲苯和1,4-二氧六环的组合；优选地，所述反应在催化剂催化下进行，所述催化剂包括酸；优选地，所述酸包括醋酸和/或磷酸；优选地，所述反应的温度为80-20...

【专利技术属性】
技术研发人员：智林杰，马萨尔，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：