[发明专利]一种有机聚合物、其合成方法及在制备超高性能锂电池负极上的应用

说明书

本发明公开了一种有机聚合物、其合成方法及在制备超高性能锂电池负极上的应用。该负极材料易于合成，成本低廉,性能稳定。作为负极材料，在200 mA g^‑1充放电速率下循环400圈容量保持1700mAh g^‑1以上;在1A/G大电流充放电下，容量高于760 mAh g^‑1。有望代替传统的石墨负极材料，制备高性能锂离子电池。

技术领域

本发明涉及本发明是一种高性能的锂离子电池负极材料，尤其是涉及一种有机聚合物、其合成方法及在制备超高性能锂电池负极上的应用。

背景技术

传统化石能源的枯竭及环境污染使得人们对清洁能源的需求越来越大。近几年来，作为绿色可持续能源的杰出代表，锂离子电池受到的关注日益增加。从宏观角度来说,锂电池的研究寄托着国家能源振兴战略的重任。然而就目前的发展水平来说，锂离子的性能指标与实际应用要求还有很大差距。比如，广泛应用的锂离子负极材料—石墨材料理论容量上限仅仅为372mAh/g，而且也大电流充放电性能也不高。因此制备高容量、大电流充放电的锂电池负极材料是近几年研究工作的核心问题之一，是解决目前锂离子电池瓶颈问题的关键。

为解决上述问题，人们进行一系列的研究，关注点多集中在组合材料领域。申请号为200980147980.5的中国专利提供了充放电循环特性优异的锂二次电池负极用炭材料、锂二次电池负极及使用该负极的锂二次电池。本发明的锂二次电池负极用炭材料的特征在于，包含：复合颗粒，其由能吸贮·释放锂离子的含硅颗粒和包围该含硅颗粒的树脂炭材料构成，所述含硅颗粒含有硅的合金、氧化物、氮化物或碳化物；和网状结构体，其由结合于该复合颗粒的表面且包围该复合颗粒的纳米纤维和/或纳米管构成，其中，该网状结构体含有硅。申请号为201710540524.3的中国专利开了一种复合型锂电池负极材料及其制备方法和锂电池负极、锂电池，所述复合型锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：将含有锡源、硫源、石墨烯衍生物、表面活性剂和碱源的溶液在160～240℃下进行水热反应，得到复合型锂电池负极材料。这两篇专利从能源利用和循环方面为锂电池的发展提供新的思路，但所得电极材料所得电池充放电的速度和容量没有明显提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足和锂离子电池发展的需要，提供一种超高性能负极材料的制备方法。该材料在200mAg^-1充放电速率下循环400圈容量保持1700mAh g^-1以上，在1000mAg^-1的充放电速率下循环400圈容量不低于760mAh g^-1。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚合物PAT，是由2,6二氨基蒽醌与三聚氯氰在碱得作用下反应，其结构如下，

所述的聚合物的制备方法，包括如下步骤：将1当量2,6二氨基蒽醌、0.5-3.0当量的三聚氯氰和1.0-20当量的碱加入到溶剂中，加热,N₂保护下，反应24-100h，经纯化处理，得聚合物；为提高聚合物的聚合度，反应溶剂采用高沸点溶剂，碱采用碳酸盐；其反应式如下：

进一步地，所述碱为碳酸钠、碳酸钾。

进一步地，所述溶剂为DMF或者DMSO，反应温度为80-140摄氏度。

进一步地，所述纯化方法为索氏提取，所用溶剂为乙醇、乙腈与二氯甲烷的混合溶剂。

所述聚合物在制备超高性能锂电池负极上的应用，包括如下步骤：PAT、导电炭黑、粘合剂按照一定的重量比混合，制备成锂电池负极材料；具体为PAT：炭黑：粘结剂60:25:15-80:10:10；所述粘结剂为PVDF。

本发明的有益效果是：