本发明专利技术公开了一种适用于锂离子蓄电池且包含多孔金属-有机骨架的电极材料，其中所述骨架包含锂离子、任选的至少一种其他金属离子以及至少一种至少双齿的有机化合物，其中所述至少一种至少双齿的有机化合物基于可可逆地氧化成醌型结构的二羟基二羧酸。本发明专利技术进一步公开了该多孔金属-有机骨架、其用途以及包含该电极材料的锂离子蓄电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为用于锂离子蓄电池的电极材料的新型金属-有机骨架本专利技术涉及适用于锂离子蓄电池的包含多孔金属-有机骨架的电极材料、所述金属-有机骨架本身、其用途以及包含所述电极材料的蓄电池。锂离子电池组或锂离子蓄电池具有高能量密度且热稳定。此处，利用了当使用锂时由于其高负标准电位可获得高电池电压这一事实。然而，元素锂的高反应性需要提供特殊锂源和电解质。在较近的研发中，描述了包含锂离子且因此原则上适用于锂离子电池组或蓄电池的多孔金属-有机骨架。 因此，例如G. de Combarieu 等，Chem. Mater. 21 (2009)，1602-1611 描述了基于对苯二甲酸铁的多孔-有机骨架在锂离子电池组中的电化学适用性。G. Ferey 等,Angewandte Chemie 119 (2007), 3323-3327 描述了其他具有可可逆氧化还原性能和吸收性能的Li/Fe基金属-有机骨架。此处，也将对苯二甲酸用作金属-有机骨架中的有机配体。尽管现有技术已知用于锂离子电池组的基于金属-有机骨架的电极材料，仍需要就作为电极材料的适用性，尤其是就其电化学电容(非常特别地基于质量)而言的改善的体系。因此，本专利技术的目的是提供该电极材料。所述目的通过一种适用于锂离子蓄电池且包含多孔金属-有机骨架的电极材料实现，其中所述骨架包含锂离子、任选的至少一种其他金属离子和至少一种至少双齿的有机化合物，所述至少一种至少双齿的有机化合物基于可可逆氧化成醌型结构的二羟基二羧酸。本专利技术的另一方面为一种本文所述的多孔金属-有机骨架。已发现使用可可逆氧化成醌型结构的二羟基二羧酸或其衍生物能提供特别适用于锂离子蓄电池且具有良好电容/质量值的骨架。本专利技术的多孔金属-有机骨架首先包含锂离子。此处，所述锂离子可部分键接(尤其是离子键接)至脱质子化的羟基官能团。锂离子也可用于构成骨架的主干。在这种情况下，所述骨架中仅存在锂离子就足够了。此外，也可任选存在一种或多种除锂之外的金属离子。此时，这些离子参与形成金属-有机骨架。因此，除锂离子之外，可存在其他金属离子。同样可存在2、3、4或多于4种的其他金属离子。此时，所述金属离子可衍生自一种金属或不同金属。如果至少两种金属离子衍生自一种相同金属，则这些必须以不同氧化态存在。在优选实施方案中，本专利技术的多孔金属-有机骨架除锂离子之外，不包含其他金属尚子。在另一实施方案中，本专利技术的多孔金属-有机骨架包含除锂离子之外的至少一种其他金属离子。所述至少一种其他金属离子优选选自如下组金属的离子钴、铁、镍、铜、锰、铬、钒和钛。更优选钴、铁、镍和铜。甚至更优选钴和铜。至少一种至少双齿的有机化合物是构成本专利技术多孔金属-有机骨架所必需的。因此，可存在一种至少双齿的有机化合物或多种不同的至少双齿的有机化合物。因此，在本专利技术的多孔金属-有机骨架中可存在2、3、4或更多种不同的至少双齿的有机化合物。所述至少一种至少双齿的有机化合物基于可可逆氧化成醌型结构的二羟基二羧酸。就此而言，“醌型”尤其意指所述两个羟基可氧化成氧代基团。“可逆”尤其意指在还原后，可再次进行氧化。就本专利技术而言，术语“衍生”意指所述至少一种至少双齿的有机化合物以相对于羧基官能团部分或完全脱质子化的形式存在。此外，优选所述至少一种至少双齿的有机化合物也以相对于其羟基呈还原状态至少部分脱质子化并与锂离子结合，通常经由离子键。此夕卜，术语“衍生”意指所述至少一种至少双齿的有机化合物可具有其他取代基。因此，除羧基官能团之外，可存在一个或多个独立的取代基如氨基、甲氧基、卤素或甲基。优选不存在其他取代基或仅存在F取代基。就本专利技术而言，术语“衍生”还意指所述羧基官能团可作为 硫类似物存在。硫类似物为-C (=0) SH及其互变异构体和-C (S) SH。优选不存在硫类似物。除了这些至少双齿的有机化合物之外，所述金属-有机骨架也可包含一种或多种单齿配体。所述至少一种至少双齿的有机化合物必须具有能形成醌型体系的母体分子。这尤其可通过具有与氧代基团共轭的双键体系的母体分子，尤其通过存在C-C双键获得。这类母体分子是本领域技术人员所已知的。实例为苯、萘、菲或类似的母体分子。此时，这些分子至少具有羟基/氢氧化物基团和羧基/羧酸酯基。在优选实施方案中，所述二羟基二羧酸为二羟基苯二甲酸，尤其为2，5- 二羟基对苯二甲酸。本专利技术的多孔金属-有机骨架原则上可以以与本领域已知的类似金属-有机骨架相同的方式制备。此处，尤其可参考WO-A 2010/012715所述的锂基金属-有机骨架。掺杂或浸溃的金属-有机骨架的制备例如描述于EP-B 1785428和EP-A1070538中。除了例如如US 5，648，508中所述的制备多孔金属-有机骨架(MOF)的常规方法，这些也可通过电化学方法制备。就此而言，参考DE-A10355087和WO-A 2005/049892。以此方式制备的金属-有机骨架具有特别好的性能。本专利技术的另一方面为一种包含本专利技术电极材料的蓄电池。本专利技术蓄电池的制备原则上由制备锂离子蓄电池或锂离子电池组的现有技术所已知。此处，可参考例如DE-A 19916043。由于就此而言，蓄电池和电池组的结构原理是相同的，下文出于简便称为锂离子电池组或电池组。适于可逆储存锂离子的电极材料通常借助粘合剂固定至电能输出电极上。在电池充电过程中，电子流经外部电压源，锂阳离子经由电解质流至阳极材料。当电池使用时，锂阳离子流经电解质，而电子经由载荷从阳极材料流至阴极材料。为了避免在电化学电池中发生短路，在所述两个电极之间存在锂阳离子仍可通过的电绝缘层。这可为固体电解质或常规隔离体。在许多电化学电池的制备中，例如在呈圆电池形式的锂离子电池组的情况下，将所需的电池组箔/膜，即阴极箔、阳极箔和隔离箔通过轧制设备组合形成电池组卷。在常规锂离子电池组的情况下，将阴极箔和阳极箔连接至电能输出电极(例如呈铝箔或铜箔形式)。这类金属箔确保具有足够的机械稳定性。另一方面，隔离膜自身必须经受机械应力，这在基于例如聚烯烃的常规隔离膜的所用厚度情况下，不应导致问题。本专利技术进一步提供了本专利技术的多孔金属-有机骨架在用于锂离子蓄电池的电极材料中的用途。本专利技术的电极材料特别适用于蓄电池中。所述电极材料基本上可用于电化学电池中。因此，本专利技术进一步提供了一种包含本专利技术电极材料的电化学电池，还提供了本专利技术的多孔金属-有机骨架在用于电化学电池的电极材料中的用途。附图显示 图I :Li_2，5-二羟基对苯二甲酸MOF的XRD分析。此处，如图3_5那样，强度I (Lin (计数))作为2Θ标度的函数显示。图2 Li-2, 5- 二羟基对苯二甲酸MOF的SEM分析。图3 Li-Co-2, 5_ 二羟基对苯二甲酸MOF的XRD分析。图4 Co-2, 5- 二羟基对苯二甲酸MOF的XRD分析。图5 Cu-2, 5- 二羟基对苯二甲酸MOF的XRD分析。图6 Cu-2, 5- 二羟基对苯二甲酸MOF的SEM分析。实施例实施例I :Li_2，5- 二羟基对苯二甲酸MOF的合成试验方法:权利要求1.一种适用于锂离子蓄电池且包含多孔金属-有机骨架的电极材料，其中所述骨架包含锂离子、任选的至少一种其他金属离子和至少一种至少双齿的有机化合物，所述至少一种至少双齿的有机本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·特鲁汉，U·米勒，A·潘琴科，I·M·马尔科夫斯基，A·菲舍尔，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：
国别省市：
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