[发明专利]用于锂电池的有机化合物/衍生碳复合材料的制备方法

说明书

本发明属于电学材料领域，具体涉及用于锂电池的有机化合物/衍生碳复合材料的制备方法，恒温加热并搅拌条件下，向有机化合物的强酸混悬液中加入碳水化合物和/或含有碳水化合物的物质，脱水碳化，得到有机化合物/衍生碳复合材料分散液；将有机化合物/衍生碳复合材料分散液置于冰水稀释，并水洗至pH≈7，滤过，得到有机化合物/衍生碳复合材料。本发明制备工艺简便，操作简单快速，成本较低。采用本发明方法制备的有机化合物/衍生碳复合材料有效提高有机化合物导电性，防止充放电过程中有机化合物溶于电解液，用于锂电池的导电性和使用性能优异。

技术领域

本发明属于电学材料领域，具体涉及用于锂电池的有机化合物/衍生碳复合材料的制备方法。

背景技术

过去几十年中，有机化合物由于在自然丰富度和环境可持续性等方面的明显优势，使用其替代传统光电器件中无机化合物引起了材料领域研究者的极大兴趣。光电器件中有机化合物具有一些特有的特性，如分子级可调性，低能耗成本及高灵活性。各种有机电子如有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池已经得到迅速发展。但是，在大多数便携式电子设备中，锂离子电池(LIB)仍主要由无机电极组成。对于锂离子电池阴极，特别是含有LiFePO₄和LiCoO₂等锂盐的阴极，其材料主要来源于有限的矿物资源，因而，含有锂盐的阴极材料过度消耗必然会造成不可逆转的环境影响。

许多有机化合物如导电聚合物、羰基化合物和自由基化合物作为LIB电池阴极已有相关研究，并在此基础上通过设计与合成的方法制造出更多有机化合物。当有机化合物用于制备电极时，大多数有机化合物以无机粉末形式通过机械混合附载碳导体和粘合剂。简单的机械混合方法并不能完全保证有机化合物与电极中其他组分的均匀混合及充分接触，导致制备出的电极材料出现电容低、导电性差、电极耐性差等缺点。电子器件中的有机材料也常采用基于溶液的处理方法如旋涂、浸涂和喷墨印刷来制备，该处理方法具有有机材料制备过程中独有的优点。

如何确保有机材料和碳导电剂的良好结合一直是获得高性能LIB阴极的关键问题。本申请提供一种新的制备方法，确保有机材料与碳导电剂的良好结合，获得高性能的LIB阴极材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供用于锂电池的有机化合物/衍生碳复合材料的制备方法，该方法为基于强酸(如浓硫酸)的溶液碳化法，操作简单快速，采用该方法制备的有机化合物/衍生碳复合材料用作锂电池的阴极电极材料，大幅提升锂电池的导电性，且防止有机化合物在充放电过程中溶于电解液，大幅提升锂电池的使用性能。

本申请的技术方案为，用于锂电池的有机化合物/衍生碳复合材料的制备方法，步骤包括：

(1)恒温加热并搅拌条件下，向有机化合物的强酸混悬液中加入碳水化合物和/或含有碳水化合物的物质，脱水碳化，得到有机化合物/衍生碳复合材料分散液；碳水化合物包括单糖、二糖、低聚糖、多糖或者其任意混合物；

(2)将有机化合物/衍生碳复合材料分散液置于冰水稀释，并水洗至pH≈7，滤过，得到有机化合物/衍生碳复合材料。

步骤(1)，脱水碳化体系中，有机化合物的质量与碳水化合物和/或含有碳水化合物的物质的总质量的比值为0.7～2：1，优选为0.7～1：1，更优选为0.75～0.85：1；碳水化合物和/或含有碳水化合物的物质的总质量与强酸的质量的比值为1～5：1，优选为2.5：1。

步骤(1)，所述单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖或者其任意混合物；二糖包括蔗糖(如绵白糖、白砂糖)、乳糖、麦芽糖或者其任意混合物；多糖包括淀粉、微晶纤维素、甲壳素、果胶、纤维素或者其任意混合物。