一種鋰離子電池電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及裡離子電池領(lǐng)域，特別設(shè)及一種裡離子電池電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬有機(jī)框架化合物作為多孔材料由于其可變的化學(xué)結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的性質(zhì)受到了廣 泛的關(guān)注。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，金屬有機(jī)框架化合物可W廣泛運(yùn)用于氣體儲(chǔ)存、裡離子儲(chǔ)存、 催化領(lǐng)域。然而，金屬有機(jī)框架化合物的化學(xué)穩(wěn)定性往往限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用，許多金 屬有機(jī)框架化合物在有水分的情況下容易分解或者巧塌。如果在更復(fù)雜的情況下，例如，當(dāng) 其作為裡離子電池的電極材料，由于電解液的情況更為復(fù)雜，該金屬有機(jī)框架化合物的穩(wěn) 定性更差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種W金屬有機(jī)框架化合物為基礎(chǔ)的裡離子 電池電極材料。
[0004] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述裡離子電池電極材料的制備方法。
[0005] 一種裡離子電池電極材料，該電極材料化學(xué)式為C訊4N8Mn，其中，C訊4啦為5'-(化 嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)（1，2，4-S挫），所述電極材料為S斜晶系，P1空間群，晶胞參數(shù) 為a=10.386(7) A，b=ll.215(3) A，c=13.317(3) A，a=78.25(5) 。，0=86.53(3) 。，丫= 82.37(3) e，V=1551.15 (I) A3。
[0006] 上述裡離子電池電極材料的制備方法為:將有機(jī)化合物5'-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3,3'-聯(lián)（1，2,4-S挫）和硝酸儘溶于水和甲醇的混合溶劑當(dāng)中，其中水和甲醇的體積比為 1:1，在室溫下攬拌形成混合液A，然后將所述混合液A在60°C下反應(yīng)回流24小時(shí)得到混合液 B，最后將所述混合液B在水熱條件下加熱反應(yīng)后緩慢降溫得到所述電池電極材料。
[0007] 所述5 '-(化嗦-2-基）-2H，4 'H-3，3 ' -聯(lián)（1，2，4-S挫）的英文為5'-(pyrazin-2-yl)-2H,4'H-3,3'-bi(l ,2,4-t;riazole)，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下所示：
進(jìn)一步的，所述的加熱溫度為120°C~140°C，加熱反應(yīng)時(shí)間為60~96小時(shí)。
[000引進(jìn)一步的，所述的降溫為2°C/小時(shí)~5°C/小時(shí)降至室溫。
[0009] 進(jìn)一步的，所述5 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)（1，2，4-S挫）和硝酸儘的摩爾 比為1:^3。
[0010] 進(jìn)一步的，所述5'-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3,3'-聯(lián)（1，2,4-立挫）和硝酸儘的摩爾 比為1:2。
[0011] 所述的電池電極材料在裡離子電池中的應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明具有如下有益效果： 本發(fā)明的電極材料合成方法簡(jiǎn)單，并且所選的配體只含N原子，所W該電極材料穩(wěn)定性 好，當(dāng)其作為裡電池電極材料時(shí)，其在充放電過(guò)程中其主要利用=挫環(huán)上的N原子來(lái)進(jìn)行裡 離子的遷移，所W其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在充放電的過(guò)程中不巧塌。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的電極材料W金屬中屯、Mn的配位環(huán)境圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的電極材料的S維結(jié)構(gòu)示意圖。
[001引圖3為本發(fā)明的電極材料當(dāng)電流密度化OOmA/g的循環(huán)性能圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明的電極材料在不同電流密度下的倍率性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式， 不是對(duì)本發(fā)明的限定。
[001引實(shí)施例1 將0.1 mmo 15 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)（1，2，4-S挫）和0.2mmo 1 硝酸儘溶于 1 OmL 水和IOmL甲醇的混合溶劑當(dāng)中，在室溫下攬拌溶解后形成混合液A，然后將所述混合液A在 60°C下反應(yīng)回流24小時(shí)得到混合液B，隨后將混合液B轉(zhuǎn)移到聚四氣乙締高壓反應(yīng)蓋中，將 其放在130°C烘箱中反應(yīng)72小時(shí)，之后W5°C/小時(shí)降至室溫過(guò)濾得到所述電極材料，產(chǎn)率為 73.6% (基于儘）。
[0019] 然后將上述電極材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。
[0020] 該電極材料的X射線衍射數(shù)據(jù)是在化址er Smad Apex CCD面探衍射儀上，用MoKa 福射a = 0.71073 A)，W?掃描方式收集并進(jìn)行Lp因子校正，吸收校正使用SADABS程序。 用直接法解結(jié)構(gòu)，然后用差值傅立葉法求出全部非氨原子坐標(biāo)，并用理論加氨法得到氨原 子位置(C-H 1.083 A)，用最小二乘法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正。計(jì)算工作在PC機(jī)上用S皿！XTL程序 包完成。該電極材料結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，圖2。
[0021] 經(jīng)測(cè)試解析可知，該電極材料化學(xué)式為C姐4NsMn，其中，C姐4佈為5 (化嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)（1，2，4-S挫），所述電極材料為S斜晶系，P1空間群，晶胞參數(shù)為a= 10.386 (7) A，b=ll.215(3) A，c=13.317(3) A，a=78.25(5)。，護(hù)86.53(3)。，丫 =82.37(3) D，V= 1551.15 (I) A3，Z=4。
[0022] 從晶體結(jié)構(gòu)來(lái)看，該電極材料屬于=斜晶系，Pl空間群，該不對(duì)稱(chēng)單元中含有一個(gè) Mn原子和一個(gè)5 '-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3，3'-聯(lián)（1，2，4-;挫），如圖1所示。其中，Mn原子采 取6配位八面體的模式與6個(gè)N原子配位，其中4個(gè)N原子采取馨合配位的模式，剩余的2個(gè)N原 子采取單齒配位的模式；而5'-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3,3'-聯(lián)a，2,4-S挫）和Mn原子可W 形成一種籠子狀的結(jié)構(gòu)，相鄰的籠子最終形成了一種如圖2所示的=維結(jié)構(gòu)，立挫環(huán)上的N 原子則分布在一維的孔道中，有利于裡離子的吸附。
[0023] 實(shí)施例2 將0.1 mmo 15 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)（I，2，4-S挫）和0.1 mmo I 硝酸儘溶于 I OmL 水和IOmL甲醇的混合溶劑當(dāng)中，在室溫下攬拌溶解后形成混合液A，然后將所述混合液A在 60°C下反應(yīng)回流24小時(shí)得到混合液B，隨后將混合液B轉(zhuǎn)移到聚四氣乙締高壓反應(yīng)蓋中，將 其放在120°C烘箱中反應(yīng)96小時(shí)，之后W2°C/小時(shí)降至室溫過(guò)濾得到所述電極材料，產(chǎn)率為 56.3%(基于儘）。
[0024] 實(shí)施例3 將0.1 mmo 15 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)（1，2，4-S挫）和0.3mmo 1 硝酸儘溶于 1 OmL 水和IOmL甲醇的混合溶劑當(dāng)中，在室溫下攬拌溶解后形成混合液A，然后將所述混合液A在 60°C下反應(yīng)回流24小時(shí)得到混合液B，隨后將混合液B轉(zhuǎn)移到聚四氣乙締高壓反應(yīng)蓋中，將 其放在140°C烘箱中反應(yīng)60小時(shí)，之后W4°C/小時(shí)降至室溫過(guò)濾得到所述電極材料，產(chǎn)率為 61.3%(基于儘）。
[0025] 實(shí)施例4 然后將上述電極材料粉碎后作為待用，電極材料的電化學(xué)性能測(cè)試是將材料在充滿Ar 的手套箱中組裝成扣式電池(CR-2032)進(jìn)行，將活性物質(zhì)，乙烘黑和簇甲基纖維素鋼按照質(zhì) 量比為7:2:1的比例溶在水中調(diào)成混合漿料涂銅錐上，真空80°C下干燥12h，沖片即可制得 電極片。電池組裝中W金屬裡片為對(duì)電極，IMLiPFs溶解在EC/DEC (體積比為1:1)的溶液為 電解液，Celgard 2300為隔膜，在手套箱中將其配成CR-203巧0式電池。電池測(cè)試前需在室 溫靜置12 h。充放電循環(huán)測(cè)試采用LANDCT-2001A電池測(cè)試系統(tǒng)，室溫下在電壓范圍為0.1-3.0 V下測(cè)試。
[0026] 圖3為本發(fā)明的電極材料在lOOmA/g下前200次的循環(huán)性能圖，從圖中我們可W看 出，本發(fā)明的電極材料首圈放電比容量為212mAh/g，而在接下來(lái)的循環(huán)中，該電極材料一直 保持著良好的循環(huán)穩(wěn)定性，放電比容量一直穩(wěn)定在160 mAh/g左右，運(yùn)可能是由于在該電極 材料中特殊的=維結(jié)構(gòu)上的N原子，有利于Li的吸附和脫附，因此，該含電極材料具有良好 的循環(huán)性能。
[0027] 圖4為本發(fā)明的電極材料的倍率性能圖，當(dāng)電流密度從50到100，200，400 mA/g時(shí)， 放電比容量分布為205,160,124,92 mAh/g，即使在400 mA/g的倍率下，電池的容量仍能保 持電池在50 mA/g的放電比容量的45%，當(dāng)電流密度回到50 mA/g時(shí)，電池的容量仍能回到 204 mAh/g，運(yùn)些結(jié)果充分表明本發(fā)明的電極材料具有優(yōu)良的倍率性能。
[0028] W上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能 因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技 術(shù)方案，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池電極材料，其特征在于:該電極材料化學(xué)式為C8H4N8Mn，其中，C8H4N8 為5'-(吡嗪-2-基)-2H，4'H-3,3'_聯(lián)（1，2,4_ 三唑）。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰離子電池電極材料，其特征在于，所述電極材料為三斜晶 系，P1 空間群，晶胞參數(shù)為a=10.386(7) A，b=11.215(3) A，c=13.317(3) Α，α=78·25(5)。， β=86·53(3) 〇，γ=82·37(3) 0，V=1551.15 (1) A3。3. 權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于:將有機(jī)化合物5'-(吡嗪-2-基)-2H，4 'H-3，3 '-聯(lián)（1，2，4-三唑)和硝酸錳溶于水和甲醇的混合溶劑當(dāng)中，其中 水和甲醇的體積比為1:1，在室溫下攪拌形成混合液A，然后將所述混合液A在60 °C下反應(yīng)回 流24小時(shí)得到混合液B，最后將所述混合液B在水熱條件下加熱反應(yīng)后緩慢降溫得到所述電 池電極材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于:所述的加熱溫 度為120 °0140 °C，加熱反應(yīng)時(shí)間為60~96小時(shí)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于:所述的降溫為 2 °C /小時(shí)~5 °C /小時(shí)降至室溫。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于:所述5'-(吡 嗪-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)(1，2，4-三唑)和硝酸錳的摩爾比為1:1~3。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于:所述5'-(吡 嗪-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯(lián)(1，2，4-三唑)和硝酸錳的摩爾比為1:2。8. 權(quán)利要求1所述的電池電極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池電極材料及其制備方法。本發(fā)明的電極材料合成方法簡(jiǎn)單，該電極材料穩(wěn)定性好，當(dāng)其作為鋰電池電極材料時(shí)，在充放電的過(guò)程中不坍塌，展現(xiàn)出良好的倍率性能。
【IPC分類(lèi)】H01M4/139, H01M10/0525, H01M4/60
【公開(kāi)號(hào)】CN105633455
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610199621
【發(fā)明人】陳錦
【申請(qǐng)人】陳錦
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年4月4日