[发明专利]一种碳嗪复合水系负极材料及其应用

权利要求书

1.一种碳嗪复合水系负极材料，其特征是碳嗪复合材料的原料重量百分组成如下：

导电碳材料 0.1～50％

杂环嗪类化合物 20～99.9％

导电碳材料为碳黑、碳气凝胶、活性炭、石墨、石墨烯、乙炔黑、气相热解碳、碳纳米管、介孔碳、接枝碳中的一种以上；

杂环嗪类化合物为吡嗪、二苯并吡嗪、吩嗪、四甲基吡嗪、二氯吡嗪、含吡嗪结构单元聚合物中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的一种碳嗪复合水系负极材料，其特征是该材料由导电碳材料和杂环嗪类化合物复合而成；复合方法为溶液复合法、原位反应复合法、超声复合法、熔融复合法、真空热复合法或机械复合法；复合方法步骤如下：

步骤一、选取导电碳材料

导电碳颗粒大小为0.1～20000nm，颗粒的比表面积为1～5000m²/g，颗粒的导电性为0.01～2000S/cm，颗粒的孔容为0.001～5cm³/g；

碳材料的官能团化：通过化学反应生成官能团化的碳，碳粒上的官能团为X、R、CN、-SCN、-NCO、-OH、-COOH、-COOR、-COR、-COX、-CONHR、-CONR₂、-NO₂、-SO₃H、-OR、-SH、-SS-、-S_n-、SR、-SSR、-NH₂、-NHR、-NR₂或_-N₊R₃；其中：X＝F、Cl、Br或I，R为烷基、烯烃基或芳香基，n＝1～9；

碳粒的官能团化也包括碳材料在制备过程中官能团化，形成接枝碳；官能团化的碳利用其官能团通过化学反应键合高分子聚合链；高分子聚合链为具有导电性的聚合链和具有离子导体作用的聚合链，具有导电性的聚合链为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔，具有离子导体作用的聚合链为聚乙二醇PEG、聚环氧乙烷PEO、丙烯酸聚合物、季胺阳离子型甲基丙烯酸酯类聚合物；聚合链也是连接有硝基、磺酸基或巯基官能团的聚合物，聚合链的分子量为1000～10000000；

步骤二、导电碳材料与杂环嗪类化合物复合；溶液复合法、原位反应复合法、超声复合法、熔融复合法、真空热复合法、机械复合法

导电碳材料与杂环嗪类化合物复合采用如下方法之一：

a.溶液复合法

所述的溶液复合法是指利用杂环嗪类化合物的溶解度特性，通过杂环嗪类化合物的溶解-沉淀进行复合，反应温度为0～150℃，反应时间为2～400h；反应完成后，经过滤、清洗，40～60℃下真空烘干，制得碳嗪复合材料，该碳嗪复合材料电导率大于5S cm^-1，比容量在200mAh g^-1以上；

b.原位反应复合法

所述的原位反应复合法是指利用化学反应原位生成嗪类聚合物的同时进行复合，此方法在溶液中进行，反应温度为0～150℃，反应时间为2～400h；反应完成后，经过滤、清洗，40～100℃下真空烘干，制得碳嗪复合材料，该碳嗪复合材料电导率大于5S cm^-1，比容量在200mAh g^-1以上；

c.超声复合法

所述的超声复合法是指利用超声波进行导电碳材料与杂环嗪类化合物的复合，反应温度为0～150℃，反应时间为2～400h，功率300～3800W；反应完成后，经过滤、清洗，40～60℃下真空烘干，制得碳嗪复合材料，该碳嗪复合材料电导率大于5S cm^-1，比容量在200mAh g^-1以上；

d.熔融复合法

所述的熔融复合法是指利用熔融杂环嗪类化合物进行导电碳材料与杂环嗪类化合物的复合，反应温度为80～300℃，反应时间为2～400h；反应完成后，冷却至室温，得到碳嗪复合材料，该碳嗪复合材料电导率大于5S cm^-1，比容量在200mAh g^-1以上；

e.真空热复合法

所述的真空热复合法是指利用真空度在密闭容器中加热进行导电碳材料与杂环嗪类化合物的复合，反应温度为100～350℃，反应时间为2～400h，真空度0.1～10mmHg；反应完成后，冷却至室温，得到碳嗪复合材料，该碳嗪复合材料电导率大于5S cm^-1，比容量在200mAh g^-1以上；

f.机械复合法

所述的机械复合法是指利用球磨、搅拌或震荡进行导电碳材料与杂环嗪类化合物的复合，反应温度为0～50℃，反应时间为2～400h；球磨、搅拌或震荡结束后，冷却至室温，得到碳嗪复合材料，该碳嗪复合材料电导率大于5S cm^-1，比容量在200mAh g^-1以上。