[发明专利]一种锂离子电池共轭羧酸盐负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池共轭羧酸盐负极材料的制备方法，步骤如下：[2，2′：6′，2″‑三联吡啶]‑4，4′，4″‑三甲酸与碱发生中和反应合成[2，2′：6′，2″‑三联吡啶]‑4，4′，4″‑三羧酸锂，与第四周期元素金属钴、镍、铜、锌对应的硝酸盐在60℃下反应5h合成[2，2′：6′，2″‑三联吡啶]‑4，4′，4″‑三羧酸盐。将上述合成材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯在N‑甲基吡咯烷酮中研磨并涂在铜箔上，烘干后裁片在手套箱里制作扣式电池，并进行电化学性能表征。本发明提供的方法合成的共轭羧酸盐，含有变价金属中心和羧酸根等多个放电位点；此法合成的共轭羧酸盐可以很好发挥羧酸盐、共轭芳香体系和变价金属间的协同储锂效应，提高材料的电化学性能。通过恒流充放电测试发现有较高的放电比容量和优异的循环性能。

技术领域：

本发明属于电化学领域，涉及一种新型的锂离子电池负极材料，其放电比容量高，循环性能优异。该负极材料利用共轭羧酸锂与第四周期元素金属钴、镍、铜、锌对应的硝酸盐反应合成相应的共轭羧酸盐。

发明背景：

近年来，能源问题和带来的环境问题已经成为我们人类的关注中心，传统能源安全问题和价格上涨也给我们带来了挑战，不断增加的能源需求和化石燃料的消耗使得全球科学家们尝试提出发展可持续能源替代方案。

锂离子电池因其高能量密度、长的循环寿命和高效率作为替代能源得到巨大的关注。在有机负极材料中，共轭羧酸具有工作电压适中、理论容量大、循环寿命长等优点，但在实际应用中，由于导电性差、易溶于电解液，导致其容量低、循环稳定性差。为了解决上述问题，以下方法被提出：(1)有机小分子量金属盐的形成可以保持有机组分的容量，并且由于离子键的形成而降低电极材料在电解液中的溶解度；(2)增加共轭体系有利于分子间电子传输，提高化学稳定性，降低在有机电解液中的溶解度；

鉴于目前锂离子电池共轭羧酸负极材料在充放电过程中遇到的问题，为了协同利用具有氧化还原活性的无机金属和共轭羧酸盐实现多电子反应，发挥羧酸盐、共轭芳香体系和变价金属间的协同储锂效应，设计和合成了一种新型的共轭羧酸盐电极材料。

发明内容：

本发明提供一种锂离子电池共轭羧酸盐负极材料的制备方法，此法制备负极材料其电化学性能优异。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

(1)[2，2’：6′，2″-三联吡啶]-4，4′，4″-三甲酸通过与碱进行中和反应制得可溶性的[2，2’：6′，2″-三联吡啶]-4，4′，4″-三羧酸锂；

(2)将步骤(1)制得的材料与第四周期元素金属钴、镍、铜、锌对应的硝酸盐在去离子水中反应，在50～80℃加热搅拌反应3～7h合成[2，2′：6′，2″-三联吡啶]-4，4′，4″-三羧酸盐；

(3)然后将步骤(2)制得的材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按照一定比例研磨并涂在铜箔上，烘干后裁片在手套箱里制作扣式电池，并进行电化学性能的表征。

进一步的，步骤(1)中使用的碱为氢氧化锂，氢氧化钠等。

进一步的，步骤(2)中去离子水加入量为60～100mL。

进一步的，步骤(3)中手套箱的水氧值小于1ppm。

本发明具有以下优越性：

(1)通过增加多个羧基活性位点、变价金属中心和共轭程度，提高活性材料的比能量密度，从而提高活性材料的比容量；

(2)发挥羧酸盐、共轭芳香体系和变价金属间的协同储锂效应，提高材料的电化学性能。

附图说明：

图1为本发明实施例提供的钴酸盐合成路线图。

图2为本发明实施例提供的钴酸盐恒流充放电循环图。

具体实施方式：