[发明专利]基于三环喹唑啉及其衍生物的电池负极材料及其在碱金属离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种电池负极活性材料，为三环喹唑啉或其衍生物，所述衍生物为三环喹唑啉的导电金属有机框架或共价有机框架；还公开了一种电池负极材料，包括所述的负极活性材料，还包括导电剂、粘结剂、溶剂；还公开了采用所述电池负极材料制备的电池负极片，是将所述的电池负极材料涂覆在集流体上，烘干后得到；还公开了一种碱金属离子电池，其负极活性材料为所述的负极活性材料；所述碱金属离子电池为锂离子电池或钠离子电池或钾离子电池。本发明首次将有机材料三环喹唑啉及其衍生物用于碱金属离子电池的负极材料，其充电容量和循环稳定性性能优异，并具有优良的倍率性能，本发明为有机电极材料提供了新的砌块，为有机电极材料的设计提供新思路。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种基于三环喹唑啉及其衍生物的电池负极材料及其在碱金属离子电池中的应用。

背景技术

可充电的锂离子电池由于其高能量密度、高稳定性、价廉、安全等特性在能源存储器件以及电动汽车等领域具有广泛的应用前景。近年来，有机电池材料表现出高容量、环境友好、具有丰富的氧化还原位点、来源丰富等优点，因而有机电极材料成为锂离子电池的研究热点。有机电池可开发与可设计的特性令其在锂离子电池领域表现出独特的优异性。尽管有机电极材料有诸多优点，但有机电极材料具有易溶于电解液、电子导电性差、反应动力学低以及电化学活性物质易分解等缺点，这些缺点制约了有机电极材料在锂离子电池中的应用。

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，简称MOFs)是由功能分子砌块和金属位点组成的一类晶型多孔材料，其具有大的比表面积、高孔隙率和孔径可调等优点。金属有机框架材料长程有序的结构特点可以有效地解决有机电极材料在电解液中溶解的问题，同时其多孔性可以为离子传输提供通道，从而加速锂离子的传输，提供丰富的锂离子存储位点，进而提升锂离子电池的性能。大部分传统的金属有机框架材料不具有导电性，因此在用作锂离子电池电极材料时受制于其导电性差，使得其氧化还原能力有限，性能欠佳。

不同于传统的金属有机框架材料，二维导电金属有机框架材料是一种新型的多功能材料，其优异的导电特性以及多孔特性可以加快离子和电子的传输，从而提高电池的高倍率性能以及循环稳定性，同时解决有机小分子材料在电解液中溶解的问题。目前关于导电金属有机框架材料在碱金属离子电池中应用很少，开发新型的有机材料以及导电金属有机框架用于碱金属离子电池电极材料具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于三环喹唑啉及其衍生物的电池负极材料及其在碱金属离子电池中的应用。

本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：

一种电池负极活性材料，所述活性材料为三环喹唑啉或其衍生物，所述衍生物为三环喹唑啉的导电金属有机框架或共价有机框架。

优选地，所述衍生物为六羟基三环喹唑啉铜配位聚合物。

一种电池负极材料，包括前述的负极活性材料，还包括导电剂、粘结剂、溶剂。

优选地，在上述电池负极材料中，所述负极活性材料、导电剂、粘结剂分别占三者总质量的质量百分比为：

负极活性材料：50％-70％；

导电剂：10％-40％，优选20％-40％；

粘结剂：5％-20％，优选5％-10％；

所述溶剂的质量为占所述电池负极材料总质量的5％-20％；

优选负极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比为7﹕2﹕1。

优选地，所述导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、人造石墨、天然石墨或乙炔黑中的一种；

所述溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮、乙醇和甲醇中的一种或多种混合物；