[发明专利]一种有机正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机正极材料及其制备方法和应用，有机正极材料为苝二酰亚胺和导电炭黑复合材料，可用做锂/钠离子电池正极材料。本发明通过一步酸溶液法制备了苝二酰亚胺与导电炭黑复合的有机正极电极材料，与现有改性方法如聚合法，球磨法相比，工艺简便，且成本相对较低。同时，经过此酸溶液法处理后的有机正极电极材料，其与导电剂的接触更加紧密，有效提高了有机分子的导电性同时防止了有机分子在充放电过程中溶于电解液的现象，相比于现有改性方法，其得到的苝二酰亚胺与导电炭黑复合的有机正极电极材料，可同时应用于锂离子电极和钠离子电池中，并且其倍率性能和循环稳定性均高于现有改性方法。

技术领域

本发明涉及一种电极材料及其制备方法，尤其涉及一种应用在锂/钠离子电池电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着移动电子设备和电动汽车的迅速发展，人们对锂离子电池的产量和能量密度方面有很大的需求。为了提高锂离子电池的性能，许多新型锂离子电池电极材料的研究开展起来，他们的研究致力于提高锂离子电池的容量和循环寿命。在如今的商用锂离子电池中，正极材料主要是无机化合物，例如钴酸锂，锰酸锂及磷酸铁锂，它们较低的理论容量和有限的矿物资源限制了它们在锂离子电池中性能的提升和成本的降低。与此相反，有机正极材料，例如富羰基化合物，导电聚合物，含硫化合物，自由基化合物，由于它们在自然界的储量丰富，结构可控及环境友好等因素，受到广泛的关注。同时，这些功能基团是无选择性的，可以结合其它离子。因此，此类有机正极材料也可用于钠离子，钾离子以及镁离子电池的应用。

在锂离子电池和钠离子电池的有机正极材料中，苝二酰亚胺是一个典型的共轭富羰基化合物，在充放电过程中，可以可逆的结合锂离子/钠离子。另外，制备此有机分子的重要前驱体是工业染料，因此，可大量制备的苝二酰亚胺为发展低成本的锂离子电池/钠离子电池正极材料提供了可能。由于不溶于常规溶剂以及不良的导电性，在制备电极材料时，苝二酰亚胺粉体需要与大量导电剂(导电炭黑)充分进行机械混合。在此情况下，如何提高苝二酰亚胺的分散性以及与导电剂的充分接触成为苝二酰亚胺应用于有机正极锂离子电池/钠离子电池的主要挑战。许多研究人员通过原位聚合，球磨等方法，来解决有机正极材料与导电剂混合的问题。

目前已经实现的有机正极锂离子电池/钠离子电池材料，导电性差，往往不是所有分子都能参与充放电反应，造成实际容量远远低于理论容量，导致在制备有机正极材料过程中，需要加入大量导电炭黑来提高其导电性。同时，由于有机分子在充放电过程中易溶于电解液，使得其在充放电过程中损失，造成循环性能迅速衰减，现有方法制备有机正极材料需要设法提高其与导电剂的结合力，防止其溶解。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明旨在通过酸溶液法解决难溶于传统溶剂的有机分子与导电剂的混合问题，使其充分与导电剂混合，解决其在电解液中溶解和导电性差问题，提高电池的容量和循环稳定性，通过酸溶液法制备有机正极材料与导电剂的复合材料，其中有机正极材料和导电剂的比例可以任意调节，并可以提高电池容量和循环稳定性。此方法步骤简单，成本低，可用于大量制备有机正极材料，并可应用于多种有机正极材料中。

为实现上述目的，本发明提供了一种有机正极材料及其制备方法。具体技术方案如下：

本发明公开了一种有机正极材料制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将浓硫酸倒入装有苝二酰亚胺的烧杯中，搅拌溶解，得到苝二酰亚胺/浓硫酸溶液。

步骤二，将所述苝二酰亚胺/浓硫酸溶液静置10～30min，然后加入导电炭黑，搅拌30～50min，得到苝二酰亚胺/导电炭黑分散液。

步骤三，将所述苝二酰亚胺/导电炭黑分散液倒入盛有冰水的烧杯中，析出复合物，得到苝二酰亚胺/导电炭黑复合物溶液。

步骤四，将所述苝二酰亚胺/导电炭黑复合物溶液进行抽滤，然后用蒸馏水洗涤至pH值为7，然后进行真空干燥，得到苝二酰亚胺和导电炭黑复合材料，所述苝二酰亚胺和导电炭黑复合材料为有机正极材料。