電池正極材料三并（α,α＇?二甲酸鹽）呋喃及制備方法
【專利摘要】本發明提出一種電池正極材料三并(α,α＇?二甲酸鹽)呋喃及其制備方法，三并(α,α＇?二甲酸鹽)呋喃是由α,α＇?二甲酸鹽呋喃脫去3?H和4?H的活性中間體三拼合得到的產物，具有鍵體系的平面分子結構，其結構式為：該正極材料具有高導電性，高傳導率，質量輕，且有較寬的使用溫度等特點，克服現有鋰電池正極材料所存在的笨重、導電性能不佳等缺陷。本發明還提出制備上述電池正極材料三并(α,α＇?二甲酸鹽)呋喃的方法。
【專利說明】
電池正極材料H并(a,a 二甲酸鹽)巧喃及制備方法
技術領域
[0001] 本發明設及化工領域的新材料及制造，尤其設及一種電池正極材料=并(a, Qf-二 甲酸鹽)巧喃及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 裡離子電池是一種高性能的環保電池，具有開路電壓高、低自放電率、能量密度 大、循環壽命長、無記憶效應、寬的使用溫度范圍W及大電流充放電等優點，在電子儀表、通 訊、電力器件、便攜式電動工具、電動車W及軍事等行業廣泛使用，蘊含巨大商機。
[0003] 目前常見的裡離子電池正極材料有儘酸裡、鉆酸裡、儀酸裡、富裡=元(儀-鉆-儘） 和憐酸亞鐵裡等。由于儘酸裡的高溫性能和循環性能差，鉆有毒且資源有限，儀酸裡的制備 困難等因素制約了它們的應用和發展。橄攬石結構的憐酸亞鐵裡具有裡離子可逆脫/嵌特 性，良好的結構穩定性、熱穩定性、安全性和較高的比能量等特點，但存在導電率低，裡離子 傳導率低等缺點，要求減小粒徑，滲雜金屬離子，包覆導電材料等。從商業角度考慮，上述所 有正極材料的共同弊病是用它們制成的電池笨重，如果用作車用電池，電池的自身質量將 消耗大量電能。
【發明內容】
[0004] 本發明提出一種正極材料=并(a，a>-二甲酸鹽）巧喃及其制備方法，包括一種= 并二甲酸裡)巧喃，用作裡離子電池的正極材料，具有輕質、導電性佳等特點，克服現 有裡電池正極材料所存在的笨重、導電性能不佳等缺陷。其具體技術內容如下：
[000引一種電池正極材料立并(曰，曰^二甲酸鹽)巧喃，由a，a^二甲酸鹽巧喃脫去3-H和 4-H的活性中間體S拼合得到的產物，用Me表示金屬離子，其結構式為：
[0006]
[0007]所述a, Qf-二甲酸鹽巧喃活性中間體的4個碳原子各有1個電子的2P軌道與氧原子 的孤對電子2P軌道側面重疊，形成參加共輛的原子數為5,參加共輛的電子數為6的！I-鍵 體系，具有平面五元環碳氧骨架結構;該活性中間體的3-和4-碳原子各有1個平伏O-鍵使S 個中間體拼合，生成=并(曰，曰 二甲酸鹽)巧喃，所述=并(曰，曰 二甲酸鹽)巧喃，不限于此 稱謂，具有參加共輛的原子數為15,參加共輛的電子數為18的nil-鍵體系；巧||-鍵體系和 六個甲酸鹽基是=并(曰，曰二甲酸鹽)巧喃可作為正極材料的結構基礎；Hg-鍵體系賦予 內秉導電性，六個甲酸鹽基賦予金屬離子在充放電時可脫/嵌功能。
[000引所述甲酸鹽基的金屬離子優選裡離子Li%就成為a，a 二甲酸裡巧喃，其脫去3-H 和4-H的活性中間體再S拼合的產物是S并(a, a>-二甲酸裡)巧喃，用作裡離子電池的正極 材料。
[0009] 所述立并（a，a f -二甲酸裡)巧喃的分子式為CuOisLis，分子量為425.77，理論比電 容為377.67mAh/g，結構式為：
[0010]
[0011] -種制備上述=并(a, Qf-二甲酸裡)巧喃的方法，包括如下步驟：
[0012] a)將a，a ^二甲酸巧喃配制成濃度為l-5mol/L的水溶液，將氨氧化裡配制成濃度 為l-5mol/L的水溶液，按摩爾比a，a ^二甲酸巧喃:氨氧化裡=1:1-1.01，將a，a ^二甲酸巧 喃水溶液，氨氧化裡水溶液分別計量，并流，連續加入已啟動的連續式氣泡液膜反應器中進 行反應，連續流出反應液，放置，析出晶體，經過濾，洗涂和干燥后，制得a，a>-二甲酸裡巧 喃；
[OOU] b)將分子中碳原子數nc與氧原子數n。之比nc/n〇 = 0.5-1.2的有機物中的一種、兩 種或W上，與a，a>-二甲酸裡巧喃按質量比1-15%充分混合，在惰性氣流下，程序升溫至反 應溫度，反應溫度的范圍為室溫至900°C，賠燒l-12h，制得=并(a, Qf-二甲酸裡)巧喃。
[0014] 優選的，上述惰性氣流為氮氣。
[0015] 優選的，上述有機物包括葡萄糖、巧樣酸或淀粉。
[0016] 本發明提出的電池正極材料S并(a, a>-二甲酸鹽)巧喃分子中為rig-鍵體系，具 有高導電性；其中=并（曰，曰 二甲酸裡）巧喃分子中有六個甲酸裡基，理論比電容達到 377.67mAh/g;其具有平面分子結構，有利于提高裡離子傳導率;其具有Pg-鍵體系的分子 結構，非常穩定，當裡離子脫/嵌時，保持=并巧喃環骨架結構不變，而且有較寬的使用溫 度;在相同電容量時，質量比用憐酸亞鐵裡或富裡=元正極材料可大幅度減小;克服現有裡 電池正極材料所存在的笨重弊病、導電性能不佳等缺陷。
[0017] 本發明提出采用氣泡液膜法連續工藝制備=并(a, a>-二甲酸鹽)巧喃正極材料， 容易實施工業規模生產，工藝流楊，生產成本低。
【具體實施方式】
[001引實施例1:將a，a>-二甲酸巧喃制成濃度為2mol/L的水溶液，將LiOH ?出0配制成濃 度為2mol/L的水溶液，按摩爾比，a，a ^二甲酸巧喃：氨氧化裡=1:1，于室溫，將a，a ^二甲 酸巧喃水溶液、氨氧化裡水溶液分別計量，并流，連續加入已啟動的NA-LS-IL型連續式氣泡 液膜反應器中，連續流出反應液，放置，析出結晶，經過濾，干燥后，制得無色結晶的a，a 二 甲酸裡巧喃。
[0019] 將a,a 二甲酸裡巧喃100g與5g葡萄糖和2.5g巧樣酸充分混合后，置于管式爐中， 通氮氣，WlOtVmin升溫至580°C，保持地，冷卻后取出，制得黑色S并(a,a>-二甲酸裡)巧 喃。
[0020] 實施例2:將a，a>-二甲酸巧喃制成濃度為3mol/L的水溶液，將LiOH ?出0配制成濃 度為3mol/L的水溶液，按摩爾比，a，a ^二甲酸巧喃：氨氧化裡=1:1，于室溫，將a，a ^二甲 酸巧喃水溶液、氨氧化裡水溶液分別計量，并流，連續加入已啟動的NA-LS-IL型連續式氣泡 液膜反應器中，連續流出反應液，放置，析出結晶，經過濾，干燥后，制得無色結晶的a，a 二 甲酸裡巧喃。
[0021] 將a，a>-二甲酸裡巧喃100g與7g淀粉充分混合后，置于管式爐中，通氮氣，WlOtV min升溫至600°C，保持化，冷卻后取出，制得黑色S并(a，a 二甲酸裡)巧喃。
[0022] 上述優選實施方式應視為本申請方案實施方式的舉例說明，凡與本申請方案雷 同、近似或W此為基礎作出的技術推演、替換、改進等，均應視為本專利的保護范圍。
【主權項】
1. 一種電池正極材料Ξ并(α，α>-二甲酸鹽)巧喃，其特征是由α，α>-二甲酸鹽巧喃脫去 3-Η和4-Η的活性中間體Ξ拼合得到的產物，用Me表示金屬離子，其結構式為：所述二甲酸鹽巧喃的活性中間體的4個碳原子各有1個電子的2P軌道與氧原子的 孤對電子2Ρ軌道側面重疊，形成參加共輛的原子數為5,參加共輛的電子數為6的巧鍵體 系，具有平面五元環碳氧骨架結構;該活性中間體的3-和4-碳原子各有1個平伏σ-鍵使Ξ個 中間體拼合，生成Ξ并(曰，α > -二甲酸鹽)巧喃，所述Ξ并(曰，α >-二甲酸鹽)巧喃，具有參加共 輛的原子數為15,參加共輛的電子數為18的巧i|-鍵體系；nil -鍵體系和六個甲酸鹽基是 Ξ并(曰，曰 二甲酸鹽)巧喃可作為正極材料的結構基礎；巧ii、-鍵體系賦予內秉導電性，六 個甲酸鹽基賦予金屬離子在充放電時可脫/嵌功能。2. 根據權利要求1所述的電池正極材料Ξ并(α，α>-二甲酸鹽)巧喃，其特征是，所述甲 酸鹽基的金屬離子為裡離子Li%即α，α>-二甲酸裡巧喃，其脫去3-Η和4-Η的活性中間體再 Ξ拼合的產物是Ξ并(α，α>-二甲酸裡)巧喃，用作裡離子電池的正極材料。3. 根據權利要求2所述的Ξ并(α，α>-二甲酸裡)巧喃，其特征是，分子式為Ci2〇isLi6,分 子量為425.77，理論比電容為377.67mAh/g，結構式為：4. 一種制備權利要求3所述Ξ并(α，α>-二甲酸裡)巧喃的方法，其特征是，包括如下步 驟： 曰)將〇,〇>-二甲酸巧喃配制成濃度為1-5111〇1/1的水溶液，將氨氧化裡配制成濃度為1- 5mol/L的水溶液，按摩爾比α，α > -二甲酸巧喃:氨氧化裡=1:1-1.01，將α，α >-二甲酸巧喃水 溶液，氨氧化裡水溶液分別計量，并流，連續加入已啟動的連續式氣泡液膜反應器中進行反 應，連續流出反應液，放置，析出晶體，經過濾，洗涂和干燥后，制得α，α 二甲酸裡巧喃； b)將分子中碳原子數nc與氧原子數η。之比nc/n〇 = 0.5-1.2的有機物中的一種、兩種或W 上，與二甲酸裡巧喃按質量比1-15%充分混合，在惰性氣流下，程序升溫至反應溫度， 反應溫度的范圍為室溫至900°C，賠燒1 -12h，制得Ξ并(α，α >-二甲酸裡)巧喃。
【文檔編號】C07D493/14GK106099111SQ201610382771
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日 公開號201610382771.0, CN 106099111 A, CN 106099111A, CN 201610382771, CN-A-106099111, CN106099111 A, CN106099111A, CN201610382771, CN201610382771.0
【發明人】楊第倫, 李宗葆
【申請人】楊第倫