CN106046716B - 聚对苯二甲酸乙二醇酯作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用 - Google Patents

聚对苯二甲酸乙二醇酯作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用 Download PDF

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Abstract

聚对苯二甲酸乙二醇酯作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，属于电池材料领域，将PET材料、二价金属硝酸盐加入有机溶剂溶液中，持续搅拌使二价金属硝酸盐完全溶解；混合溶液转移至不锈钢高压反应釜与鼓风烘箱中，加热，自然冷却后将产物过滤洗涤，真空干燥，得到PET粉末或PET衍生复合材料；有机溶剂选自N‑甲基吡咯烷酮(NMP)或者N‑N二甲基甲酰胺(DMF)。该锂\钠离子电池有机负极材料采用PET及其复合物作为锂\钠离子电池负极的活性物质，该活性物质原材料非常丰富、成本非常低，可以经过废物回收利用通过绿色加工而来，使得锂\钠电池有机电极材料的整个循环过程真正的实现绿色可持续发展。

Description

聚对苯二甲酸乙二醇酯作为锂\钠离子电池有机负极材料的 应用
技术领域
本发明属于电池材料领域，具体地，涉及一种锂\钠离子电池有机负极材料，尤其涉及PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)及其衍生复合物作为锂\钠离子电池有机负极材料。
背景技术
21世纪，“能源”成为世界关注的焦点。人类的一切物质活动，都离不开能源的支持。如今，能源的短缺、资源的不可再生以及矿产资源的过度开采、使用造成的环境污染等问题正威胁着人类的生存和发展。在众多不同类型的电化学储能技术中，锂离子电池和钠离子电池引人关注。锂离子电池具有工作电压高、能量密度和功率密度大、循环寿命长、操作温度范围宽等优点已经在便携式电子产品中得到广泛的应用。与金属锂相比，金属钠具有资源储量高、成本低和更绿色环保等特点已经成为下一代可充电池电极材料的有力竞争者。因此，使用廉价的有机化合物和金属锂或金属钠构成的有机可充锂离子或钠离子电池有很好的发展前景。
传统的锂\钠离子电池材料大都基于昂贵的、不可再生的过渡金属无机物，与传统的锂\钠离子电池相比，有机电极材料具有原材料丰富、资源可再生、成本低等优点。因此，为了满足大规模电能储存需求、能够实现绿色可持续发展，必须开发新型锂\钠离子电池有机电极材料。
PET材料广泛用作饮料瓶，废弃后，形成大量的白色垃圾，在自然界难以降解。将PET转化为锂\钠离子电池的电极材料，则可以变废为宝。做到既处理了这种白色垃圾，也得到了低成本的锂\钠离子电池电极材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锂\钠离子电池有机负极材料，该锂离子电池有机负极材料采用PET或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池负极材料的活性物质，能够提升材料的安全性能以及电池材料的稳定性，并且该活性物质是通过废物利用的方式获得，工艺控制性好，生产成本非常低，能大规模应用于工业化生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。
PET或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料活性物质的应用。
作为锂\钠离子电池有机负极材料的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PET衍生复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将PET材料、二价金属硝酸盐加入有机溶剂溶液中，持续搅拌使二价金属硝酸盐完全溶解；
步骤二、将步骤一的混合溶液转移至不锈钢高压反应釜(聚四氟乙烯内衬)，通过鼓风烘箱加热，自然冷却后将产物过滤洗涤，真空干燥，得到PET粉末或PET衍生复合材料。
其中步骤一中PET材料选自PET颗粒、以PET为主要成分的塑料制品。
步骤一所述的二价金属硝酸盐优选自硝酸锌、硝酸亚铁、硝酸钴、硝酸镍或硝酸铜等。
步骤一有机溶剂优选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)或者N-N二甲基甲酰胺(DMF)。进一步优选采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)得到PET粉末，采用N-N二甲基甲酰胺(DMF)得到PET衍生复合材料。优选PET与有机溶剂的用量关系为1g：20ml。
步骤一优选PET与二价金属硝酸盐的质量比为1：(1-5)，优选1:4。
步骤二优选加热的温度为120℃，加热反应的时间为12h。
锂离子电池有机负极材料，该负极材料的活性物质为PET，所述PET的化学组成为(C10H8O5)n。
锂\钠离子电池有机负极材料，该负极材料的活性物质为PET所述PET组成为(C10H8O5)n，其化学结构式：
包含PET锂\钠离子电池负极材料的锂离子电池和钠离子电池。
本发明的有益效果是：
1、根据目前锂离子电池和钠离子电池状况分析，锂离子的负极极材料开发惯性思维地局限在石墨以及金属氧化物领域，本发明开发了一种有机物负极材料，拓宽了锂离子和钠离子负极材料开发的研究领域和研究方向。并且使原本的废弃物PET塑料得到高效利用，产生不可估量的潜在价值。
2、本发明开发的PET负极材料，具有合成方法简单，生产成本低，工艺控制性好，具有大规模发展的能力和空间。
3、本发明开发的PET锂/钠离子负极材料，可以采用储量丰富的可再生原料加以合成，并且该种锂/钠离子有机电池材料无毒，因此具有环境友好，可持续性发展能力。尤其本发明采用N-N二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂进行处理时得到一种新的PET衍生复合材料，具有意想不到的效果。
附图说明：
图1为实施例1所得PET粉末的XRD图；
图2为实施例2所得PET复合物粉末的XRD图；
图3为实施例1所得PET粉末的SEM图；
图4为实施例2所得PET复合物粉末的SEM图；
图5为实施例1所得PET粉末的交流阻抗谱图；
图6为实施例2所得PET复合物粉末的交流阻抗谱图；
图7为实施例1所得PET粉末作为锂离子电池电极材料的恒流充放电性能图；
图8为实施例2所得PET复合物粉末作为锂离子电池电极材料的恒流充放电性能图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。PET是一种常规的材料，本发明对PET的具体分子量没有严格要求。以下实施例所用PET颗粒选自矿泉水塑料瓶，同样采用其他的PET材料也能达到本发明的效果。
实施例1
PET作为锂离子\钠离子电池负极材料的制备方法1，具体步骤为：
1)将1g PET颗粒、4g硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)加入20mlN-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，持续搅拌使硝酸锌完全溶解。
2)将混合溶液转移至50ml不锈钢高压反应釜(聚四氟乙烯内衬)与120℃鼓风烘箱中，恒温12h自然冷却后将产物过滤洗涤，80℃下真空干燥，即得到黄色粉末，即为PET粉末。
3)称量70mg的PET粉末，20mg乙炔黑加入玛瑙研钵中，研磨30分钟，再加入溶有PVDF粘结剂的N-甲基吡咯烷酮溶液10mg(液浓度为5mg/ml)，继续研磨5分钟，然后涂于铜箔上制备PET电极片。将制备的电极片在氩气手套箱(MIKROUNA Universal 2440∣750，水、氧含量小于0.5ppm)中组装锂电池和钠电池,PET电极片为工作电极，对于锂电池，金属锂为对电极，玻璃纤维为隔膜。锂电池使用的电解液溶质是LiPF6，溶剂为(EC/DMC 1:1(W/W))，溶液浓度为1mol/L。
对于钠电池，金属钠为对电极，玻璃纤维为隔膜。钠电池使用的电解液是NaClO4，溶剂为(EC/PC 1:1(W/W)，(将制备的扣式电池采用深圳市新威尔多电子设备有限公司的新威NEWARE电池检测设备(CT-3008W)来进行充放电测试
实施例2
PET复合物作为锂离子\钠离子电池负极材料的制备方法，具体步骤为：
1)将1g PET颗粒、4g硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)加入20ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，持续搅拌使硝酸锌完全溶解。
2)将混合溶液转移至50ml不锈钢高压反应釜(聚四氟乙烯内衬)与120℃鼓风烘箱中，恒温12h自然冷却后将产物过滤洗涤，80℃下真空干燥，即得到白色粉末，即为PET复合物。
3)同实施例1中3)的方法一样，组装电池，进行测试。

Claims (8)

1.PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其中PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将PET材料、二价金属硝酸盐加入有机溶剂溶液中，持续搅拌使二价金属硝酸盐完全溶解；
步骤二、将步骤一的混合溶液转移至不锈钢高压反应釜，通过鼓风烘箱加热，自然冷却后将产物过滤洗涤，真空干燥，得到PET粉末或PET衍生复合材料；
步骤一有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)或者N-N二甲基甲酰胺(DMF)。
2.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，步骤一中PET材料选自PET颗粒、以PET为主要成分的塑料制品。
3.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，步骤一二价金属硝酸盐选自硝酸锌、硝酸亚铁、硝酸钴、硝酸镍或硝酸铜。
4.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)得到PET粉末，采用N-N二甲基甲酰胺(DMF)得到PET衍生复合材料。
5.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，PET与有机溶剂的用量关系为1g：20ml。
6.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，PET与二价金属硝酸盐的质量比为1：(1-5)。
7.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，PET与二价金属硝酸盐的质量比为1：4。
8.按照权利要求1所述的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)粉体或PET衍生复合材料作为锂\钠离子电池有机负极材料的应用，其特征在于，步骤二优选加热的温度为120℃，加热反应的时间为12h。
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