[发明专利]一种电极材料、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种有机电极材料及其制备方法及用途。本发明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^‑1；二圈库伦效率可达97％；循环100圈库伦效率可达100％，在锂离子/钠离子电池中有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于二次电池和能源材料技术领域，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。

背景技术

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165mAh g^-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.Deng et al,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258mAh g^-1，50次循环后衰减至192mAh g^-1，包覆后的材料初始比容量为255mAh g^-1，50次后保持在211mAh g^-1(L.Zhao,J.Zhao,Y.S.Hu,H.Li,Z.Zhou,M.AMmand,L.Chen,Adv.Energy Mater.,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。

发明内容