一種鋰離子電池電極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及裡離子電池領域，特別設及一種裡離子電池電極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 金屬有機框架化合物作為多孔材料由于其可變的化學結構，優異的性質受到了廣 泛的關注。通過合理的設計，金屬有機框架化合物可W廣泛運用于氣體儲存、裡離子儲存、 催化領域。然而，金屬有機框架化合物的化學穩定性往往限制了其在實際中的應用，許多金 屬有機框架化合物在有水分的情況下容易分解或者巧塌。如果在更復雜的情況下，例如，當 其作為裡離子電池的電極材料，由于電解液的情況更為復雜，該金屬有機框架化合物的穩 定性更差。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種W金屬有機框架化合物為基礎的裡離子 電池電極材料。
[0004] 本發明的另一個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，該電極材料化學式為C訊4N8Mn，其中，C訊4啦為5'-(化 嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯（1，2，4-S挫），所述電極材料為S斜晶系，P1空間群，晶胞參數 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:將有機化合物5'-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3,3'-聯（1，2,4-S挫）和硝酸儘溶于水和甲醇的混合溶劑當中，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下反應回流24小時得到混合液 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（1，2，4-S挫）的英文為5'-(pyrazin-2-yl)-2H,4'H-3,3'-bi(l ,2,4-t;riazole)，化學結構式如下所示：
進一步的，所述的加熱溫度為120°C~140°C，加熱反應時間為60~96小時。
[000引進一步的，所述的降溫為2°C/小時~5°C/小時降至室溫。
[0009] 進一步的，所述5 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯（1，2，4-S挫）和硝酸儘的摩爾 比為1:^3。
[0010] 進一步的，所述5'-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3,3'-聯（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用。
[0012] 本發明具有如下有益效果： 本發明的電極材料合成方法簡單，并且所選的配體只含N原子，所W該電極材料穩定性 好，當其作為裡電池電極材料時，其在充放電過程中其主要利用=挫環上的N原子來進行裡 離子的遷移，所W其結構穩定，在充放電的過程中不巧塌。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的電極材料W金屬中屯、Mn的配位環境圖。
[0014] 圖2為本發明的電極材料的S維結構示意圖。
[001引圖3為本發明的電極材料當電流密度化OOmA/g的循環性能圖。
[0016] 圖4為本發明的電極材料在不同電流密度下的倍率性能圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合實施例對本發明進行詳細的說明，實施例僅是本發明的優選實施方式， 不是對本發明的限定。
[001引實施例1 將0.1 mmo 15 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯（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下反應回流24小時得到混合液B，隨后將混合液B轉移到聚四氣乙締高壓反應蓋中，將 其放在130°C烘箱中反應72小時，之后W5°C/小時降至室溫過濾得到所述電極材料，產率為 73.6% (基于儘）。
[0019] 然后將上述電極材料進行結構表征。
[0020] 該電極材料的X射線衍射數據是在化址er Smad Apex CCD面探衍射儀上，用MoKa 福射a = 0.71073 A)，W?掃描方式收集并進行Lp因子校正，吸收校正使用SADABS程序。 用直接法解結構，然后用差值傅立葉法求出全部非氨原子坐標，并用理論加氨法得到氨原 子位置(C-H 1.083 A)，用最小二乘法對結構進行修正。計算工作在PC機上用S皿！XTL程序 包完成。該電極材料結構見圖1，圖2。
[0021] 經測試解析可知，該電極材料化學式為C姐4NsMn，其中，C姐4佈為5 (化嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯（1，2，4-S挫），所述電極材料為S斜晶系，P1空間群，晶胞參數為a= 10.386 (7) A，b=ll.215(3) A，c=13.317(3) A，a=78.25(5)。，護86.53(3)。，丫 =82.37(3) D，V= 1551.15 (I) A3，Z=4。
[0022] 從晶體結構來看，該電極材料屬于=斜晶系，Pl空間群，該不對稱單元中含有一個 Mn原子和一個5 '-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3，3'-聯（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N原子配位，其中4個N原子采取馨合配位的模式，剩余的2個N原 子采取單齒配位的模式；而5'-(化嗦-2-基)-2H，4'H-3,3'-聯a，2,4-S挫）和Mn原子可W 形成一種籠子狀的結構，相鄰的籠子最終形成了一種如圖2所示的=維結構，立挫環上的N 原子則分布在一維的孔道中，有利于裡離子的吸附。
[0023] 實施例2 將0.1 mmo 15 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯（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下反應回流24小時得到混合液B，隨后將混合液B轉移到聚四氣乙締高壓反應蓋中，將 其放在120°C烘箱中反應96小時，之后W2°C/小時降至室溫過濾得到所述電極材料，產率為 56.3%(基于儘）。
[0024] 實施例3 將0.1 mmo 15 ' -川比嗦-2-基)-2H，4 ' H-3，3 ' -聯（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下反應回流24小時得到混合液B，隨后將混合液B轉移到聚四氣乙締高壓反應蓋中，將 其放在140°C烘箱中反應60小時，之后W4°C/小時降至室溫過濾得到所述電極材料，產率為 61.3%(基于儘）。
[0025] 實施例4 然后將上述電極材料粉碎后作為待用，電極材料的電化學性能測試是將材料在充滿Ar 的手套箱中組裝成扣式電池(CR-2032)進行，將活性物質，乙烘黑和簇甲基纖維素鋼按照質 量比為7:2:1的比例溶在水中調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。電池測試前需在室 溫靜置12 h。充放電循環測試采用LANDCT-2001A電池測試系統，室溫下在電壓范圍為0.1-3.0 V下測試。
[0026] 圖3為本發明的電極材料在lOOmA/g下前200次的循環性能圖，從圖中我們可W看 出，本發明的電極材料首圈放電比容量為212mAh/g，而在接下來的循環中，該電極材料一直 保持著良好的循環穩定性，放電比容量一直穩定在160 mAh/g左右，運可能是由于在該電極 材料中特殊的=維結構上的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 的循環性能。
[0027] 圖4為本發明的電極材料的倍率性能圖，當電流密度從50到100，200，400 mA/g時， 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%，當電流密度回到50 mA/g時，電池的容量仍能回到 204 mAh/g，運些結果充分表明本發明的電極材料具有優良的倍率性能。
[0028] W上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能 因此而理解為對本發明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技 術方案，均應落在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種鋰離子電池電極材料，其特征在于:該電極材料化學式為C8H4N8Mn，其中，C8H4N8 為5'-(吡嗪-2-基)-2H，4'H-3,3'_聯（1，2,4_ 三唑）。2. 根據權利要求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:將有機化合物5'-(吡嗪-2-基)-2H，4 'H-3，3 '-聯（1，2，4-三唑)和硝酸錳溶于水和甲醇的混合溶劑當中，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下反應回 流24小時得到混合液B，最后將所述混合液B在水熱條件下加熱反應后緩慢降溫得到所述電 池電極材料。4. 根據權利要求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，加熱反應時間為60~96小時。5. 根據權利要求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~5 °C /小時降至室溫。6. 根據權利要求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(1，2，4-三唑)和硝酸錳的摩爾比為1:1~3。7. 根據權利要求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(1，2，4-三唑)和硝酸錳的摩爾比為1:2。8. 權利要求1所述的電池電極材料在鋰離子電池中的應用。
【專利摘要】本發明涉及鋰離子電池領域，特別涉及一種鋰離子電池電極材料及其制備方法。本發明的電極材料合成方法簡單，該電極材料穩定性好，當其作為鋰電池電極材料時，在充放電的過程中不坍塌，展現出良好的倍率性能。
【IPC分類】H01M4/139, H01M10/0525, H01M4/60
【公開號】CN105633455
【申請號】CN201610199621
【發明人】陳錦
【申請人】陳錦
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年4月4日