[发明专利]一种基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极及其制备方法。本发明首先以二硫化碳和丙炔酸甲酯为原料，在三丁基膦催化下合成四硫代富瓦烯二羧酸甲酯，再经过水解、酸化和锂化得到四硫代富瓦烯二羧酸锂。将制备的四硫代富瓦烯二羧酸锂、导电剂和粘结剂混合分散在N‑甲基吡咯烷酮中，然后涂布在铜箔上，烘干并切片得到四硫代富瓦烯二羧酸锂负极。所得负极具有放电比容量高和循环稳定性好等优点。

技术领域

本发明公开一种基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极及其制备方法，属于锂离子电池材料技术领域。

背景技术

锂离子电池技术被认为是目前最理想的能源存储与转换技术之一。锂离子电池具有能量密度高、重量轻、循环寿命长等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑和数码相机等设备中。随着电子设备以及电动汽车的发展，锂离子电池市场对安全、环保和可持续等方面提出更高的要求。开发新型电极材料对锂离子电池的发展具有重要意义。

有机电极材料是一类新型电化学储能材料，具有原料来源广泛、可加工性、绿色环保、结构多样性等优点，有望成为新一代“绿色锂离子电池”的电极材料。有机电极材料的理论比容量与其自身分子量和电子转移数密切相关。增加有机分子结构中的活性基团密度可提高有机电极材料的理论比容量。常见的有机电极材料有有机小分子和有机高分子。有机小分子的理论比容量大但其往往易在电解液中溶解。例如，苯醌以及多羰基苯小分子作为有机电极材料具有较高的理论比容量，然而实际测试中由于其在电解液中的溶解导致其循环比容量不断下降。通过在有机电极材料中引入强极性的离子基团，如磺酸锂和羧酸锂等，可使其在有机电解液中的溶解度下降。Walker等人将4,4-二苯乙炔二羧酸锂用作锂离子电池负极，该负极具有200 mAh/g可逆比容量，但是该材料制备过程复杂（Journal ofMaterials Chemistry, 2011, 21, 1615-1620.）。

四硫代富瓦烯及其衍生物由于具有优异的给电子性能和良好的平面共轭性，在分子传感器、分子开关、非线性光学和导电材料等方面受到人们的广泛关注。将四硫代富瓦烯二羧酸锂应用到有机电极中，有望实现高比容量和良好稳定循环性能，对有机锂离子电池的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极及其制备方法。所述的基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极具有电化学稳定性好，放电比容量高和循环性能稳定等优点，在锂离子电池负极领域具有较大的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用包括以下技术方案：

一种基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极，该负极由四硫代富瓦烯二羧酸锂、导电剂、粘结剂和铜箔组成。所述四硫代富瓦烯二羧酸锂的化学结构式如下所示:

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一种基于四硫代富瓦烯二羧酸锂的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：

（1）将二硫化碳和丙炔酸甲酯加入无水四氢呋喃中，再加入催化剂三丁基膦，氩气保护，在-100 ℃~-10 ℃温度下反应2~8小时，抽滤后40 ℃~110 ℃真空干燥4~12小时，粗产品用环己烷与二氯甲烷混合溶剂（体积比为2：1）的层析过柱得到四硫代富瓦烯二羧酸甲酯。

（2）将步骤（1）得到的四硫代富瓦烯二羧酸甲酯和氢氧化钠加入到四氢呋喃与水的混合溶剂中，在40 ℃~110 ℃下反应2~8小时，冷却至室温，旋蒸除去四氢呋喃，加入1mol/L的盐酸水溶液调节pH至1~6，过滤收集沉淀，在80 ℃~130 ℃下真空干燥10~48小时得到四硫代富瓦烯二羧酸。

（3）将步骤（2）得到的四硫代富瓦烯二羧酸加入到10~40 mL的去离子水中，再加入氢氧化锂，室温搅拌1~3小时，然后-50 ℃下冻干10~40小时，得到四硫代富瓦烯二羧酸锂。