一种C₁₀H₄0₂S₂?石墨烯复合材料及制备与应用

一种C₁₀H₄0₂S₂?石墨烯复合材料及制备与应用
【专利摘要】本发明属于电池材料技术领域，公开了一种C10H4O2S2?石墨烯复合材料及制备与应用。所述制备方法为：将化合物C10H4O2S2与石墨烯混合研磨均匀后加入溶剂，搅拌分散均匀后超声处理，得到均匀的混合分散液，真空干燥后得到C10H4O2S2?石墨烯复合材料。本发明通过一步法制备C10H4O2S2?石墨烯复合材料，制备方法简单易行，操作方便，制备成本低；制备在室温常压条件下进行，节能环保，环境友好；所得复合材料电化学性能优异，可应用于钠离子电池正极材料。
【专利说明】
-种C10H402S2-石墨稀复合材料及制备与应用
技术领域
[0001 ]本发明属于电池材料技术领域，具体设及一种Cio化化S2-石墨締复合材料及制备与 应用。
【背景技术】
[0002] 目前，由于具有能量高，功率密度大和输出电压高等特点使得裡离子电池占领了 便携式电子市场，并且也是电动汽车储电的最好选择。但是，裡资源受地域限制且资源有 限，不足W满足广泛的需求和电动汽车和智能电网的应用。而钢离子电池由于钢资源的丰 度高、成本低和环境亲切等特点而被视为替代裡离子电池的理想选择。现阶段，多W昂贵 的、不可再生的过渡金属无机化合物作为大多数储钢电极材料。为响应"绿色有机二次电 池"的新概念，越来越多的研究者关注绿色、可持续的电活性有机化合物作为钢离子电池的 电极材料。其中，有机共辆幾基化合物因具有资源可再生、结构多样、多电子反应、氧化还原 稳定性、分子水平上可控性强和理论比容量高等优点而备受关注。
[0003] 杂环共辆有机化合物Cio也O2S2具有较高的理论储钢比容量(243mAh/g)，但是由于 相似相溶原理，该小分子物质易溶于有机电解液而导致材料的稳定性和导电性较差。运也 是有机电池材料普遍存在的急需得到解决的问题之一。迄今为止，有机物循环稳定性仍未 得到根本解决。

【发明内容】

[0004] 为了解决W上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种 Cio也O2S2-石墨締复合材料的制备方法。
[000引本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的Cio也化S2-石墨締复合 材料。
[0006] 本发明的再一目的在于提供上述Cio也化S2-石墨締复合材料在钢离子电池正极材 料中的应用。
[0007] 本发明目的通过W下技术方案实现：
[000引一种Cio也O2S2-石墨締复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
[0009] 将化合物4，8-二氨苯并[1，2-b: 4，5-b']二嚷吩-4，8-二酬(C10H4O2S2)与石墨締混 合研磨均匀后加入溶剂，揽拌分散均匀后超声处理，得到均匀的混合分散液，真空干燥后得 到Cio也O2S2-石墨締复合材料;所述Cl皿O2S2具有式（1)所示的结构式，
[0010]
[00川优选地，所述Cl日也O2S2通过如下方法制备：
[0012] W嚷吩-3-甲酸为原料，用二氯甲烧作为溶剂，与化合物乙二酷氯反应得到化合物 3-嚷吩甲酯氯，然后将其与二乙胺反应即可得到N，N-二乙基-3-嚷吩甲酯胺，将得到的化合 物溶于四氨巧喃与正下基裡在(TC下反应生成目标产物C10H4O2S2。
[0013] 上述制备路线图如图1所示。
[0014] 优选地，所述C10H4O2S2与石墨締用量的质量比为（1~3): 1。
[0015] 优选地，所述的溶剂是指水或乙醇。
[0016] 优选地，所述揽拌分散和超声处理均在室溫下进行。
[0017] 优选地，所述揽拌分散和超声处理的时间为1~化;揽拌分散和超声处理交替重复 进行多次。
[001引优选地，所得混合分散液中C10H4O2S2的浓度为0.04375~0.06537g/mL。
[0019] 优选地，所述的真空干燥是指在80~90°C下真空干燥。
[0020] 一种打地4O2S2-石墨締复合材料，通过上述方法制备得到。
[0021 ] 上述C10H4O2S2-石墨締复合材料在钢离子电池正极材料中的应用。
[0022]本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
[002；3] (1)本发明通过一步法制备C10H4O2S2-石墨締复合材料，制备方法简单易行，操作方 便，避开了其他合成技术中繁琐的处理步骤和对设备的高要求，制备成本低；
[0024] (2)本发明的制备方法全程在室溫常压条件下进行，节能环保，环境友好，具有非 常广阔的应用前景；
[002引 （3)本方法制备的CioH地2S2-石墨締复合材料，X畑显示复合物有CioH地2S2相，SEM显 示样品具有片状类似石墨締特征结构，电化学性能测试结果显示C10H4O2S2-石墨締复合材料 作为钢离子电池正极材料性能优异。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明所用C10H4O2S2的制备路线图；
[0027] 图2是实施例1所得打0H4O2S2和CioH地2S2-G复合物的X畑图；
[002引图巧晒4分别是石墨締及实施例1所得C10H4O2S2-G复合物在不同放大倍数下的沈M 图；
[0029] 图5是实施例1所得CioH4化S2-石墨締复合材料作为钢离子电池正极的循环性能曲 线图；
[0030] 图6是实施例1所得CioH4化S2-石墨締复合材料作为钢离子电池正极的倍率性能曲 线图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0032] 实施例1
[00削 （1)Ci0H402S2制备嚷吩-3-甲酸为原料(2g)，用二氯甲烧作为溶剂，与化合物乙 二酷氯(3.96g)室溫下反应彻夜后，得到化合物3-嚷吩甲酯氯（2.14g)，然后将其与二乙胺 (2.13g)在(TC下揽拌反应30分钟反应即可得到N，N-二乙基-3-嚷吩甲酯胺（2.6g)，再将得 到的化合物溶于四氨巧喃与正下基裡(6.21mL，2.4mol/L)在(TC下回流反应18小时，即可得 到目标产物。地4O2S2。
[0034] (2)将将步骤（1)所得化合物Cl地4O2S2与石墨締按质量比为2.5:1混合放入石英研 鉢中研磨均匀，将研磨均匀后的混合物置于小烧杯中加入适量去离子水后，置于揽拌器室 溫揽拌2小时，然后超声2小时，再室溫揽拌2，超声2小时，得到CioH地2S2的浓度为0.06化g/mL 的混合分散液，然后将上述混合分散液在85°C中真空干燥12小时，得到黑色片状结构 C10H4O2S2-石墨締复合材料(C10H4O2S2-G)。
[00对本实施例步骤（1)所得CioH地2S2和最终所得CioH地2S2-G复合物的XRD图如图2所示。 图3和图4分别是石墨締及本实施例所得C10H4O2S2-G复合物在不同放大倍数下的沈M图。由图 2~4的结果可W看出本发明所得Ci0H4化S2-石墨締复合材料同时具有C10H4O2S細和类似石 墨締的片状特征结构。
[0036] 本实施例所得CioH4化S2-石墨締复合材料在钢离子电池正极材料中的应用性能测 试：
[0037] (1)将CioH4化S2-石墨締复合材料、乙烘黑和聚偏氣乙締W质量比5:4:1于玛瑶研鉢 中均匀研磨30min，将混合物倒入玛瑶球磨罐内，并滴加适量的N-甲基化咯烧酬球磨3小时。 将得到的糊状物涂到已用无水乙处理过的侣锥上，再将其置于鼓风干燥箱中8(TC下烘约8 小时后取出，在电动对漉机上进行压片，并用切片机裁截为直径为18毫米的圆片，在真空干 燥箱中干燥12小时后得到工作电极。电极活性物质的含量约为1~3mg。
[0038] (2)采用两电极体系，步骤（1)所制备的工作电极为正极，钢片为负极，隔膜为 Celgard 2400微孔薄膜，电解液为IM NaCl〇4-EC+DMC的混合溶液(其体积比为1:1)，在充满 氣气的手套箱中进行扣式电池的组装。
[0039] (3)对步骤(2)所得到的电池进行恒电流充放电测试，测试条件参数为：。恒电流充 放电电流密度为0.1 C~2C，充放电电位范围1.0-4.0V。所有的充放电性能测试均在室溫下 进行。
[0040] 经测试本实施例所得Cl地4O2S2-G复合物电极的循环性能曲线图如图5所示； C10H4O2S2-G复合物电极的倍率性能曲线图如图6所示。由图5和图6的结果可W看出：材料作 为电池正极材料在常溫25 °C下，放电倍率从0.1C，0.2C，0.5C，1C，2C再回到0.1C，放电容量 分别为215，185，161，151，132，176mAh/g。从此倍率变化过程中可知，电池的循环曲线平稳， 放电容易恢复，且从充放电曲线可知放电平台明显且放电容量较高，充分体现了本发明所 得C10H4O2S2-G复合物材料的高放电容量与优异的倍率性能。
[0041 ] 实施例2
[00创 （1)与实施例1基本一致，得到目标产物黄色粉末打QH4O2S2。
[00创 （2)将将步骤（1)所得化合物Cl地4O2S2与石墨締按质量比为1:1混合放入石英研鉢 中研磨均匀，将研磨均匀后的混合物倒入小烧杯中加入适量乙醇，置于揽拌器室溫揽拌2小 时，然后超声2小时，再室溫揽拌2，超声2小时，得到C10H4O2S2的浓度为0.04375g/血的混合分 散液，然后将上述混合分散液在80°C中真空干燥12小时，得到黑色片状结构CioH地2S2-石墨 締复合材料(Cl地4O2S2-G)。
[0044]本实施例所得CioH4化S2-石墨締复合材料在钢离子电池正极材料中的应用性能测 试：
[0045] (I)将CioH4化S2-石墨締复合材料、乙烘黑和聚偏氣乙締W质量比50:40:10于玛瑶 研鉢中均匀研磨30min，将混合物倒入玛瑶球磨罐内，并滴加适量的N-甲基化咯烧酬球磨3 小时。将得到的糊状物涂到已用无水乙处理过的侣锥上，再将其置于鼓风干燥箱中80°C下 烘约8小时后取出，在电动对漉机上进行压片，并用切片机裁截为直径为18毫米的圆片，在 真空干燥箱中干燥12小时后得到工作电极。电极活性物质的含量约为1~3mg。
[0046] (2)采用两电极体系，步骤（1)所制备的工作电极为正极，钢片为负极，隔膜为 Celgard 2400微孔薄膜，电解液为Imol/L NaCl〇4-EC+DMC的混合溶液(其体积比为1:1)，在 充满氣气的手套箱中进行扣式电池的组装。
[0047] (3)对步骤(2)所得到的电池进行恒电流充放电测试，测试条件参数为：。恒电流充 放电电流密度为0.1 C~2C，充放电电位范围1.0-4.0V。所有的充放电性能测试均在室溫下 进行。
[004引本实施例的测试结果与实施例1基本相同，不一一列举。
[0049] 实施例3
[0050] (1)与实施例1基本一致，得到目标产物黄色粉末打QH4O2S2。
[0051] (2)将将步骤（1)所得化合物Cl地4O2S2与石墨締按质量比为3:1混合放入石英研鉢 中研磨均匀，将研磨均匀后的混合物倒入小烧杯中加入适量去离子水，置于揽拌器室溫揽 拌1小时，然后超声1小时，再室溫揽拌1，超声1小时，得到CioH地2S2的浓度为0.06537g/mL的 混合分散液，然后将上述混合分散液在90°C中真空干燥12小时，得到黑色片状结构 C10H4O2S2-石墨締复合材料(C10H4O2S2-G)。
[0052] 本实施例所得CioH4化S2-石墨締复合材料在钢离子电池正极材料中的应用性能测 试：
[0化3] (1)将CioH4化S2-石墨締复合材料、乙烘黑和聚偏氣乙締W质量比50:40:10于玛瑶 研鉢中均匀研磨30min，将混合物倒入玛瑶球磨罐内，并滴加适量的N-甲基化咯烧酬球磨3 小时。将得到的糊状物涂到已用无水乙处理过的侣锥上，再将其置于鼓风干燥箱中80°C下 烘约8小时后取出，在电动对漉机进行压片，并用切片机裁截为直径为18毫米的圆片，在真 空干燥箱中干燥12小时后得到工作电极。电极活性物质的含量约为1~3mg。
[0054] (2)采用两电极体系，步骤（1)所制备的工作电极为正极，钢片为负极，隔膜为 Celgard 2400微孔薄膜，电解液为1 M化Cl化-EC+DMC的混合溶液(其体积比为1:1)，在充 满氣气的手套箱中进行扣式电池的组装。
[0055] (3)对步骤(2)所得到的电池进行恒电流充放电测试，测试条件参数为：。恒电流充 放电电流密度为0.1 C~2C，充放电电位范围1.0-4.0V。所有的充放电性能测试均在室溫下 进行。
[0056] 本实施例的测试结果与实施例1基本相同，不一一列举。
[0057] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下制备 步骤： 将化合物C10H4O2S2与石墨締混合研磨均匀后加入溶剂，揽拌分散均匀后超声处理，得到 均匀的混合分散液，真空干燥后得到C10H4O2S2-石墨締复合材料;所述C10H4O2S2具有式式（1) 所示的结构式，2. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于所述 C10H4O2S2通过如下方法制备： W嚷吩-3-甲酸为原料，用二氯甲烧作为溶剂，与化合物乙二酷氯反应得到化合物3-嚷 吩甲酯氯，然后将其与二乙胺反应得到N，N-二乙基-3-嚷吩甲酯胺，将得到的化合物溶于四 氨巧喃与正下基裡在0°C下反应生成目标产物C10H4O2S2。3. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于:所述 C10H4O2S2与石墨締用量的质量比为（1~3): 1。4. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于:所述 的溶剂是指水或乙醇。5. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于:所述 揽拌分散和超声处理均在室溫下进行。6. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于:所述 揽拌分散和超声处理的时间为1~化;揽拌分散和超声处理交替重复进行多次。7. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于:所得 混合分散液中C10H4O2S2的浓度为0.04375~0.06537g/血。8. 根据权利要求1所述的一种CioH4化S2-石墨締复合材料的制备方法，其特征在于:所述 的真空干燥是指在80~90°C下真空干燥。9. 一种CioH地2S2-石墨締复合材料，其特征在于:通过权利要求1~8任一项所述的方法 制备得到。10. 权利要求9所述的C10H4O2S2-石墨締复合材料在钢离子电池正极材料中的应用。
【文档编号】H01M4/583GK106099057SQ201610472811
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】陈小菊, 曾荣华, 杨小云, 罗帆, 罗一帆
【申请人】华南师范大学