[发明专利]一种改善阴离子嵌入型电极材料电化学性能的方法

说明书

本发明属于电池技术领域，公开了一种改善阴离子嵌入型电极材料电化学性能的方法，具体方法是向阴离子嵌入型电极材料中添加特定种类的添加剂；所述特定种类的添加剂是带有阳离子中心的共价有机框架化合物。与现有技术相比，本方法不沿用传统的改变材料本身、改善材料导电性和改善导电添加剂的策略，而是通过加入带有阳离子中心的共价有机框架化合物作为特定种类的添加剂，基于电荷库伦吸引作用，来调节阴离子的传输，改善阴离子的离子电导率，因此能够极大改善阴离子嵌入型电极材料的电化学性能。该方法可用于基于阴离子嵌入型的锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、铝离子电池、镁离子电池、锌离子电池和双离子电池性能的改善。

技术领域

本发明属于电池技术领域，更具体地，涉及一种改善阴离子嵌入型电极材料电化学性能的方法。

背景技术

随着便携式电子设备的迅猛发展以及电动交通工具的普及，人们对储能的需求与日俱增。目前，锂离子电池作为主要的能源储存设备，发展迅猛。商业化的锂离子电池大多使用含过渡金属氧化物的无机材料作为储锂正极，其制备、合成与回收工艺复杂；材料在制备过程中通常需要预锂化处理，比如获得钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂以及二元或三元正极等，这些预锂化材料在充电过程中脱锂，然后在放电过程中再次嵌入锂实现可逆循环；此外，含过渡金属的无机正极材料存在着难降解、有较强的环境毒性、回收困难、资源有限性等问题，这无疑给锂离子电池的进一步发展设置了障碍。同时，随着我国生态环境建设的不断深入，环境保护的力度越来越大，要求也进一步的提高，这对锂离子电池电极材料的绿色制备提出了挑战。因此，研究开发环境友好、可持续的新一代储能材料，具有重要的现实意义。

近年来，阴离子嵌入型电极材料因其具有氧化还原电极电势高、无需预锂化等优点，获得了广泛的关注。阴离子掺杂型的电极材料，其储能机理是基于电解液阴离子在正极材料内部的可逆性嵌入/脱出，具有较高的氧化还原电势，能提供高的放电电压平台。此外，阴离子掺杂型电极材料进行充放电时，利用的是电解液自身的阴离子，因此无需对材料进行预锂化，是极具潜力的新一代可持续储能材料，特别对于双离子电池非常有利(即正极采用负离子嵌入机制，负极采用阳离子嵌入机制，有利于实现高能量密度)。然而，阴离子嵌入型电极材料目前还存在循环稳定性不理想、实际比容量不高、倍率性能不佳等现实问题，导致其发展缓慢。当前，解决这些问题的思路以及措施主要集中在改变材料本身、增加材料的导电性和改善导电添加剂的种类、含量等，例如，采用多孔或层间距较大的碳材料做电极、将电极材料与各种类型的导电碳材料、采用某种比例进行复合或者包覆等。这样无疑会降低活性材料的实际负载量，造成体积能量密度大幅降低，不利于电池的便携式、小型化发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种改善阴离子嵌入型电极材料电化学性能的方法，其中通过引入带有阳离子中心的共价有机框架化合物作为特定种类的添加剂，基于电荷库伦吸引作用，调节阴离子的传输，改善阴离子的离子电导率，能够改善阴离子嵌入型电极材料的电化学性能。并且，基于本发明，可以在制备电极匀浆的过程中，加入少量的带有阳离子中心的共价有机框架化合物到电极匀浆中(加入的特定种类的添加剂与电极匀浆中电池活性材料两者共同为电极材料，则该电极材料中添加剂的质量百分数优选为1％～50％)，即可大幅改善材料的倍率性能，方法简洁、实用，操作便利易行。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种改善阴离子嵌入型电极材料电化学性能的方法，其特征在于，该方法是向阴离子嵌入型电极材料中添加特定种类的添加剂；其中，所述特定种类的添加剂具体是带有阳离子中心的共价有机框架化合物。

作为本发明的进一步优选，所述带有阳离子中心的共价有机框架化合物是通过芳香多醛与带有阳离子中心的芳香胺，或者带有阳离子中心的芳香多醛与芳香胺进行缩合反应制得的；

优选的，所述带有阳离子中心的共价有机框架化合物具有如下式COF-1或式COF-2所示的化学结构式：