[发明专利]烷基链修饰的共价有机框架膜在锂电池中的应用

说明书

本发明提供了一种烷基链修饰的共价有机框架膜在锂电池中的应用。所述的烷基链修饰的共价有机框架膜的结构式为作为正极材料应用于锂电池中能够有效抑制锂枝晶的产生。

技术领域

本发明属于共价有机框架化合物领域，具体涉及一种烷基链修饰的共价有机框架膜在锂电池中的应用。

背景技术

目前商用的锂离子电池由于使用大量易燃易爆等危险有毒有机溶剂，存在短路、电解液泄漏等安全隐患。其中导致锂电池爆炸、泄漏最大的因素之一就是锂枝晶的成长。在锂电池的使用中，由于隔膜、正极材料的老化，锂枝晶缓慢的生长，逐渐刺破隔膜，导致电解质分布不均，热稳定性急剧下降，有效成分流失，导致电池失效、电解液泄漏、电池爆炸等。因此如何合理的解决锂枝晶的生长以增强锂电池的使用寿命与安全指数仍是一项值得探究的工作。

共价有机框架(COFs)材料是由轻质元素(C、N、O等)组成的多孔有机框架材料。COFs材料通常采用自下而上的合成策略，将各种官能团引入合成当中，增加COFs材料结构多样性的同时，相应的功能和应用越来越广泛，比如光催化、离子筛分、气体吸附等领域。因为COFs材料多孔、构造规整、比表面积大、结构多样等特点，往往在催化、离子传导、气体存储、化合物分离及电池方面有着广泛的应用。

COFs材料的功能性有机框架结构，可以在很大程度上避免自身在有机电解液中溶解，从而影响多孔COFs材料结构的稳定性。文献1采用4种单体制备的COF材料作为锂电池的正极材料，测得该电池在给定242.3mAh/g和206.7mAh/g的初始容量下，分别在1C和5C倍率放电，最终容量仅为182.3mAh/g，保持率仅为86％(ACS applied materialsinterfaces,2018,10(49):42233-42240.)。文献2将rGO膜用于锂电池中，测得电流在循环过程中变得稳定，表明膜对锂枝晶有一定的抑制作用。电池的初始容量为1386.9mAhg^-1，此后保持稳定，第5次和第50次循环的容量分别为1275.3mAhg^-1和1169.4mAhg^-1，但在50次循环后容量保持率只有84.3％(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,16072.)。上述方法虽然在一定程度上都抑制了锂枝晶的生长、从而延长了锂电池的使用时长，在一段时间内维持了较高的容量保持率，但仅在50次循环内保持了约85％的容量。

发明内容

本发明提供一种烷基链修饰的共价有机框架膜在锂电池中的应用。所述的烷基链修饰的共价有机框架膜作为正极材料应用于锂电池时，能够有效抑制锂枝晶。

本发明所述的烷基链修饰的共价有机框架膜(COF-C-2)是由1,3,5-三甲酰基苯中的三个醛和烷基链修饰的胺基化合物([C-2,2-NHNH₂])的两个胺基连接形成-C＝N-NH共价键而合成的六边形拓扑结构，其结构式如下：

本发明所述的烷基链修饰的胺基化合物的结构式如下：

本发明所述的1,3,5-三甲酰基苯的结构式如下：

本发明还提供上述烷基链修饰的共价有机框架膜的制备方法，采用界面聚合法，包括以下步骤：

将1,3,5-三甲酰基苯溶解在二氯甲烷中形成有机相溶液，将烷基链修饰的胺基化合物溶解在醋酸水溶液中形成水相溶液，按1,3,5-三甲酰基苯和烷基链修饰的胺基化合物的摩尔比为2:3，将水相溶液逐滴加入到有机相溶液中，密封后，室温下经两相界面成膜反应，反应结束后，洗涤，干燥得到烷基链修饰的共价有机框架膜。

优选地，有机相溶液中，1,3,5-三甲酰基苯的浓度为0.01～0.3mol/L。

优选地，水相溶液中，烷基链修饰的胺基化合物的浓度为0.01～0.3mol/L。