[发明专利]一种1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物及制备与应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料领域，公开了一种1,5‑二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物及制备与应用。将1,5‑二羟基蒽醌和石墨烯在溶剂中分散，得到悬浊液；将Cu(NO₃)₂·5H₂O加入到溶剂中，再加入碱液，配成蓝色澄清的铜络离子溶液；搅拌加热条件下，将所得铜络离子溶液滴加到悬浊液中，并保持搅拌加热反应；反应完成后冷却至室温，真空抽滤，固体产物经洗涤、干燥，得到1,5‑二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物。本发明将有机小分子1,5‑二羟基蒽醌与铜离子配位聚合，降低其在有机电解液中的溶解度，而且链状的结构更便于锂离子和电子的迁移；再加上原位复合石墨烯，可有效提高电极材料的导电性和电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物及制备与应用。

背景技术

由于现在市场上的锂离子电池，主要是以无机正极材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_1-x-y和石墨负极材料构成。然而，无机电极材料有来源于正在耗尽且不可再生的矿产资源，且他们制备过程中产生大量的能量消耗和碳的排放等缺点。因此有机电极材料，尤其是蒽醌基的材料，由于具有理论容量高，可再生、无污染、环境友好等优势常被用作正极材料，是锂离子电池未来重点研究的材料之一。然而，其作为锂离子二次电池材料在实际应用中还存在诸多问题，最主要的两个问题是材料导电性差和易溶于有机电解液，从而导致差的循环性能、倍率性能及循环过程容量快速下降([1]Wu Y,Zeng R,Nan J,et al.Quinone electrode materials for rechargeable lithium/sodium ionbatteries[J].Advanced Energy Materials,2017,7(24):1700278.[2]卢勇,赵庆,梁静,等.可充锂电池醌类化合物电极材料[J].物理化学学报,2016,32(7):1593-1603.[3]HanC,Li H,Shi R,et al.Organic quinones towards advanced electrochemical energystorage:recent advances and challenges[J].Journal of Materials Chemistry A,2019,7(41):23378-23415)。对于溶解性方面，研究者主要一方面通过将有机小分子聚合成聚合物来降低它的溶解性，这种途径会降低有机物活性物质利用率。另一方面通过形成有机锂盐的方法来降低它的溶解性，但是这种途径会降低材料的理论比容量。而对于导电性方面，研究者主要通过复合碳材料的方法来提高导电性，其中石墨烯由于其优异的导电网络，是近年来的研究热点。然而，一种新型的方法正在被越来越多人所重视——利用有机小分子和过渡金属离子形成配位络合物。这样既可以极大的降低材料在有机电解液中的溶解性，多价态的过渡元素中心离子的变价又可以弥补分子量增大带来的容量下降。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物。

本发明的另一目的在于提供上述1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物。

本发明的又一目的在于提供上述1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物或1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物/石墨烯复合物作为锂离子电池正极材料的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种1,5-二羟基蒽醌铜配位聚合物，具有如下式(I)所示的结构式：