[发明专利]一种用于二次电池的有机大分子负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于二次电池的有机大分子负极材料及其制备方法，所述有机大分子负极材料为金属酞菁四磺酸四盐片层和氧化石墨烯片层交替重叠形成的多层复合结构，所述金属酞菁四磺酸四盐片层和氧化石墨烯片层的质量比为(1～4):1，所述多层复合结构的厚度为2～20um。其采用金属酞菁四磺酸四盐，以氧化石墨烯为模板剂，采用水热超声振荡法一步合成。该产品能够解决电化学反应过程中溶解于电解液的问题，同时复合之后大大增强了其导电性；并且用于二次电池系统储能性能优异，超过大部分有机电极材料。

技术领域

本发明涉及二次电池的负极材料技术领域，具体涉及一种用于二次电池的有机大分子负极材料及其制备方法。

背景技术

以锂离子电池为代表的二次电池被认为是电动汽车和便携式电子设备中最有前途的储能装置，具有优良的储能性能和高的能量密度。目前，大多数二次电池采用无机材料作为商业化的电极材料，例如LiCoO₂和LiFePO₄。然而，资源枯竭、环境污染严重，使之不可持续或不可循环利用，远远不能满足日益增长的能源市场的需求。而自从威廉斯等人在1969年首次使用有机电极材料以来，由于其丰富的自然资源、对环境友好和有机分子多样性而引起了人们的广泛关注。有机电池材料或许可以成为下一代绿色可持续发展的低成本电池的最佳选择。

目前报道的有机电极材料如还原剂绿(W Ai,W Zhou,Z Du,et al.(2017)TowardHigh Energy Organic Cathodes for Li-Ion Batteries:A Case Study of Vat Dye/Graphene Composites Advanced Functional Materials 27.)、有机纳米杂化物(M Lee,JHong,H Kim,et al.(2014)Organic Nanohybrids for Fast and Sustainable EnergyStorage Adv.Mater.26:2558.)、醌衍生物(T Nokami,T Matsuo,Y Inatomi,et al.(2012)Polymer-Bound Pyrene-4,5,9,10-tetraone for Fast-Charge and-Discharge Lithium-Ion Batteries with High Capacity Journal of the American Chemical Society134:19694.)等。然而有机电池材料仍存在一些普遍的问题阻碍了它进一步发展。第一，有机电极材料化学稳定性差，由于相似相容性，它们极容易溶于有机类电解质中，导致电池在长时间的电化学反应过程中的容量逐渐衰减，使其难以达到商业化的要求；第二，在电池系统中，绝大多数有机材料的导电性差，在电化学反应系统中，使得有机电池的实际比容量无法得到充分利用。

发明内容

针对上述有机电极材料化学稳定性差，电池容量逐渐衰减，且导电性差使得有机电池的实际比容量无法得到充分利用的问题，本发明提供一种用于二次电池的有机大分子负极材料及其制备方法。

本发明提供的第一方面的技术方案是一种用于二次电池的有机大分子负极材料，所述有机大分子负极材料为金属酞菁四磺酸四盐片层和氧化石墨烯片层交替重叠形成的多层复合结构，所述金属酞菁四磺酸四盐片层和氧化石墨烯片层的质量比为(1～4):1，所述多层复合结构的厚度为2～20um。

本发明中所述的金属酞菁四磺酸四盐是一种酞菁衍生物，其作为有机大分子染料之一，具有特殊的二维共轭π电子结构和较高的光热稳定性。广泛应用于光学器件、二氧化碳的电化学还原、电化学传感器、染色剂等领域。申请人创造性的发现金属酞菁四磺酸四盐不仅可以应用在上述领域，而且能够用于二次电池系统，由于金属酞菁四磺酸四盐本身是一种有机盐类，不溶于有机溶剂，从根源上解决了其在电化学反应过程中溶解于电解液的问题；通过其与氧化石墨烯复合形成多层复合结构，能够在不破坏原有结构的同时，大大增强了其导电性，在电化学反应中能与更多的活性位点相接触，能够充分利用其容量，其用于二次电池系统，储能性能优异，超过大部分有机电极材料。