一種鋰電池用有機負極材料及其製備方法與流程
2023-06-29 06:48:26
本發明涉及一種電池技術領域,具體是一種鋰電池用有機負極材料及其製備方法。
背景技術:
目前主要的鋰離子電池負極材料主要有碳類、過渡金屬氧化物、錫基以及矽基等。碳類負極目前已經實現商業化,但是在低溫環境中碳類負極的電化學性能較差,原因在於在低溫環境下鋰離子在碳類負極材料中的擴散係數低導致的,另外,碳類負極脫嵌鋰的電極電位較低,這容易導致鋰枝晶的形成,這嚴重影響了鋰離子電池的安全性能;過渡金屬氧化物用作鋰離子電池負極材料時存在的最大問題就是循環穩定性不好,容量衰減較快;而錫基和矽基作為鋰離子電池負極材料時存在的問題是該類負極材料在進行嵌鋰反應時會產生高達300%的體積膨脹,從而導致該類材料具有較大的容量衰減和較差的容量保持率。上述提到的鋰離子負極材料主要存在嵌鋰電位、比容量和循環穩定性方面的問題,不能很好應用於鋰離子電池體系中。因此,為了發展高比能量、長循環壽命、廉價型鋰離子電池,必須開發新型鋰離子電池負極材料。
技術實現要素:
本發明的目的在於提供一種鋰電池用有機負極材料及其製備方法,以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:
一種鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯8-10份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸10-20份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮8-15份、水楊醛肟2-8份、乙烯基磺酸鈉1-3份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩1-3份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯1-3份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯1-3份。
作為本發明進一步的方案:所述鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯8-10份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸12-18份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮11-13份、水楊醛肟3-7份、乙烯基磺酸鈉1-3份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩1-3份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯1-3份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯1-3份。
作為本發明進一步的方案:所述鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯9份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸15份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮12份、水楊醛肟5份、乙烯基磺酸鈉2份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩2份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯2份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯2份。
一種鋰電池用有機負極材料的製備方法,具體步驟為:
首先,將對氯甲基苯乙烯、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮進行共混,冰浴2-4h,隨後加入2-(N-嗎啉)乙烷磺酸、水楊醛肟、乙烯基磺酸鈉、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯混勻,隨後加壓至5-8MPa,控制溫度為42-50℃,即得。
作為本發明進一步的方案:步驟(1)中隨後加壓至7MPa,控制溫度為46℃。
與現有技術相比,本發明的有益效果是:
本發明有機負極材料採用多種活性混合物作為鋰離子電池負極材料,能夠提升材料的安全性能以及電池材料的穩定性,並且該活性物質的合成方法簡單,工藝控制性好,生產成本低,能大規模應用於工業化生產。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬於本發明保護的範圍。
實施例1
一種鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯8份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸10份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮8份、水楊醛肟2份、乙烯基磺酸鈉1份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩1份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯1份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯1份。
一種鋰電池用有機負極材料的製備方法,具體步驟為:
首先,將對氯甲基苯乙烯、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮進行共混,冰浴2h,隨後加入2-(N-嗎啉)乙烷磺酸、水楊醛肟、乙烯基磺酸鈉、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯混勻,隨後加壓至5MPa,控制溫度為42℃,即得。
實施例2
一種鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯8份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸12份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮11份、水楊醛肟3份、乙烯基磺酸鈉1份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩1份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯1份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯1份。
一種鋰電池用有機負極材料的製備方法,具體步驟為:
首先,將對氯甲基苯乙烯、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮進行共混,冰浴2h,隨後加入2-(N-嗎啉)乙烷磺酸、水楊醛肟、乙烯基磺酸鈉、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯混勻,隨後加壓至5MPa,控制溫度為44℃,即得。
實施例3
一種鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯9份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸15份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮12份、水楊醛肟5份、乙烯基磺酸鈉2份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩2份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯2份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯2份。
一種鋰電池用有機負極材料的製備方法,具體步驟為:
首先,將對氯甲基苯乙烯、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮進行共混,冰浴3h,隨後加入2-(N-嗎啉)乙烷磺酸、水楊醛肟、乙烯基磺酸鈉、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯混勻,隨後加壓至7MPa,控制溫度為46℃,即得。
實施例4
一種鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯10份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸18份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮13份、水楊醛肟7份、乙烯基磺酸鈉3份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩3份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯3份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯3份。
一種鋰電池用有機負極材料的製備方法,具體步驟為:
首先,將對氯甲基苯乙烯、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮進行共混,冰浴4h,隨後加入2-(N-嗎啉)乙烷磺酸、水楊醛肟、乙烯基磺酸鈉、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯混勻,隨後加壓至7MPa,控制溫度為48℃,即得。
實施例5
一種鋰電池用有機負極材料,按照重量份的主要原料為:對氯甲基苯乙烯10份、2-(N-嗎啉)乙烷磺酸20份、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮15份、水楊醛肟8份、乙烯基磺酸鈉3份、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩3份、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯3份、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯3份。
一種鋰電池用有機負極材料的製備方法,具體步驟為:
首先,將對氯甲基苯乙烯、6-(4-氨基苯基)-4,5-二氫-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮進行共混,冰浴4h,隨後加入2-(N-嗎啉)乙烷磺酸、水楊醛肟、乙烯基磺酸鈉、反式-2-(2-硝基乙烯基)噻吩、2,4-二甲基吡咯-3,5-二羧酸二叔丁酯、N-羥基琥珀醯亞胺硬酯酸酯混勻,隨後加壓至8MPa,控制溫度為50℃,即得。
測試實驗:
將實施例1-5製備的有機負極材料製備成1665132型號鋰離子動力電池(型號H16*W65*L132mm的疊片軟包電池),壓實密度在3.0g/cm3以上,體積能量密度在450Wh/L以上;電芯在3.0V-4.2V電壓下,1C放電克容量發揮120mAh/g以上;常溫下1C充放循環2000次容量保持在94%以上;6C倍率下放電是1C容量的98%以上;3C/10V過充測試電池不起火不爆炸;高溫循環優異,60℃下1C充放循環1000次容量保持在92%以上;具有良好的安全性能,針刺、擠壓、過充、過放等測試不爆炸、不起火;且首周放電比容量為849.6-958.7mAh/g,充電質量比容量為524.9-558.1mAh/g,40周循環後充電質量比容量保持在496.8-533.4mAh/g,放電比容量為526.7-557.8Ah/g,具有良好的循環性能。
對於本領域技術人員而言,顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節,而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下,能夠以其他的具體形式實現本發明。因此,無論從哪一點來看,均應將實施例看作是示範性的,而且是非限制性的,本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定,因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。
此外,應當理解,雖然本說明書按照實施方式加以描述,但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案,說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見,本領域技術人員應當將說明書作為一個整體,各實施例中的技術方案也可以經適當組合,形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。