[发明专利]一种高性能有机锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于有机电池材料技术领域，具体为高性能有机锂离子电池正极材料及其制备方法。为了解决有机小分子导电性差和易溶解的问题，本方法采用反溶剂法控制氨基蒽醌的形貌并将其包裹于氧化石墨烯中，再通过化学还原得到氨基蒽醌和石墨烯的纳米复合物，该材料可以直接作为锂离子电池正极材料。本发明优点：制备方法简单，原料廉价易得，活性物质利用率高，基于整个电极的比容量大（165 mAh g^‑1），循环寿命长（500圈后容量保持率有75%）等优点，有望成为下一代绿色环保有机锂离子电池材料。

技术领域

本发明属于有机电池材料技术领域，具体涉及锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池大多采用含锂的过渡金属氧化物作为储锂正极，但是其理论容量不高，这导致锂离子电池的发展遇到瓶颈。随着社会发展对能源的需求不断增大以及可持续发展理念的推广，有机电极材料由于其理论容量高、结构可设计、环境友好等特点被发掘为新一代绿色能源材料。特别在过去十年中，共轭羰基化合物被广泛研究，因为它们的结构多样性使得它们具有高能量密度，高功率密度和长循环寿命的特点。根据它们的分子量，可分为共轭羰基小分子和共轭羰基聚合物。

其中，共轭羰基小分子普遍存在的问题是导电性差和容易溶解在非质子电解液中。导电性差导致活性物质利用率低及倍率差，而溶解性问题使得容量衰减快，循环寿命短。为了解决这两个问题，通常在电极制备过程中加入导电添加剂和粘结剂，这样在一定程度牺牲整个电极的电化学性能。

最近通过将有机小分子与介孔碳、碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料复合可以有效提高导电性及抑制溶解性，但是这些材料在制备电极材料时大部分仍然需要导电添加剂和粘结剂，导致比容量有一定损失。而且直接混合对抑制溶解的效果比较有限。因此设计新型的有机正极材料具有重要意义。

石墨烯具有比表面大、导电性好、柔韧性好等特点，其与共轭芳香羰基化合物之间具有π-π相互作用，可使有机小分子吸附在石墨烯表面，且石墨烯作为柔韧的二维材料，可以将有机小分子纳米颗粒包裹起来。为解决有机电极材料导电性差和溶解性问题，我们将石墨烯与有机小分子原位复合，制备高性能的自支撑有机正极材料。

发明内容

本发明的目的是针对有机电极材料导电性差和溶解性问题，提供一种新型的有机锂离子电池正极材料及其制备方法，该有机物与石墨烯的复合材料可直接作为电极材料，具有比容量大、循环寿命长的特点，其制备方法简单易行。

本发明提供的高性能有机锂离子电池正极材料，以氨基蒽醌作为活性物质，与石墨烯复合后，直接作为自支撑的电极材料。

本发明提供的高性能有机锂离子电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备氧化石墨烯前驱体：

采用改进Hummers法制备，即取1~3g 325目石墨粉，加入0.5~2g的硝酸钠粉末和25~120 ml浓硫酸，在冷水浴下缓慢加入3~9 g高锰酸钾，在30~40 ℃水浴中搅拌0.5~3 h，随后加入少量的水，继续反应10~30 min，再加入100 ml以上的大量水，反应 5~20 min，然后加入适量过氧化氢至溶液变为金黄色；

将溶液静置沉降后倾析除去上层清液，加入适量10%的盐酸，分装入离心管中高速离心（10000~12000 r/min）弃去上层清液，随后用去离子水洗至中性，将水洗后产物收集，加入适量的去离子水超声分散，得到氧化石墨烯（GO）水溶液；

（2）制备氨基蒽醌和氧化石墨烯的复合物：