[發明專利]一類芳香雜環酮類化合物的鋰離子二次電池正極材料及應用

有效

• 申請號: 201310543181.8
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103531810A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 黃維;解令海;趙劍鋒;殷成蓉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M10/058
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于儲能材料技術領域。具體涉及一種含雜原子的酮、醌類化合物的有機材料，并涉及這些有機儲能材料及其不同晶態的微納尺寸顆粒粉體在鋰離子二次電池正極材料、鈉離子電池正極材料、電容器等儲能技術等領域的應用

背景技術

鋰離子二次電池具有很高的能量儲存和功率密度而成為當今盛行的移動電子設備最為重要的能量儲存和供應來源器件/元件。在若干年的研究基礎以及當今日新月異的技術更新和更高性能移動設備能源供應的需求背景下，技術條件和應用范圍得到強有力的推動和發展，同時，鋰離子電池的發展趨向滿足多功能化、高性能化的應用領域，如大屏幕智能電腦、大容量快速充電電動車、大功率充電站等。

鋰離子二次電池的功能原理是以離子嵌入為機制，主要以石墨等碳基材料為負極材料，正極材料為鋰金屬氧化物、鋰磷酸鹽等，由于這些正極主體材料較低的容量，其較低的能量效率、功率從而限制了其應用領域的范圍。

正極材料是鋰離子二次電池性能最為重要的關鍵因素。為了得到具有高性能、大功率的鋰離子電池能源器件，有人從儲能機理的角度將鋰離子二次電池進行了從嵌入反應機制改為轉化機制的改進并得到了驗證。例如，荷質比高同時能夠進行多電子反應且具有高達900mAh/g理論容量的有機分子正極材料。有機正極材料其具有理論容量高、價廉易得、可回收、材料制備簡單、條件溫和、原子經濟性、綠色環保等優點。

含羰基的有機化合物是近年來興起的一類新的電化學儲能材料，方興未艾，正在得到極大的關注和研究拓展（Yanliang?Liang,Zhanliang?Tao,Jun?Chen.Organic?electrode?materials?for?rechargeable?lithium?batteries,Advanced?Energy?Materials,2012,2(7),742-769；Xiaoyan?Han,Caixian?Chang,Liangjie?Yuan,Taolei?Sun?and?Jutang?Sun,Aromatic?carbonyl?derivative?polymers?as?high-performance?Li-ion?storage?materials,Advanced?Materials,2007,19，1616；S.Wang,L.Wang,K.Zhang,Z.Zhu,Z.Tao,J.Chen,Organic?Li4C8H2O6nanosheets?for?lithium-ion?batteries,Nano?Letters2013,13,4404-4409;H.Chen,M.Armand,G.Demailly,F.Dolhem,P.Poizot,J.-M.Tarascon,From?biomass?to?a?renewable?LiXC6O6organic?electrode?for?sustainable?Li-ion?batteries,ChemSusChem2009,2,198-198；W.Huang,Z.Zhu,L.Wang,S.Wang,H.Li,Z.Tao,J.Shi,L.Guan,J.Chen,Angewandte?Chemie?International?Edition,Quasi-solid-state?rechargeable?lithium-ion?batteries?with?a?calix[4]quinone?cathode?and?gel?polymer?electrolyte,2013,52,9162-9166；Zhiping?Song,Hui?Zhan,and?Yunhong?Zhou.Polyimides:Promising?energy-storage?materials,Angewandte?Chemie?International?Edition,2010,49,8444；Z.Song,H.Zhan,Y.Zhou,Anthraquinone?based?polymer?as?high?performance?cathode?material?for?rechargeable?lithium?batteries,Chemical?Communications2009,448-450；T.Nokami,T.Matsuo,Y.Inatomi,N.Hojo,T.Tsukagoshi,H.Yoshizawa,A.Shimizu,H.Kuramoto,K.Komae,H.Tsuyama,J.-I.Yoshida,Journal?of?the?American?Chemical?Society,Polymer-bound?pyrene-4,5,9,10-tetraone?for?fast-charge?and-discharge?lithium-ion?batteries?with?high?capacity,2012,134,19694-19700；M.Armand1,S.Grugeon,H.Vezin,S.Laruelle,P.Ribière1,P.Poizot?and?J.-M.Tarascon,Conjugated?dicarboxylate?anodes?for?Li-ion?batteries,Nature?Materials2009,8,120-125；Yanliang?Liang,Peng?Zhang?and?Jun?Chen,Function-oriented?design?of?conjugated?carbonyl?compound?electrodes?for?high?energy?lithium?batteries,Chemical?Science,2013,4,1330-1337）。迄今已經有多種有機化合物應用于鋰離子二次電池正極材料，已知的有小分子酰亞胺、聚酰亞胺、二酮類、杯醌(calixquinone)、共軛二羧基化合物等幾種。而含羰基且可用于鋰離子二次電池正極材料的眾多的有機化合物中，亟待發掘更多候選有機化合物，通過調控材料的微納尺度顆粒大小和形狀、結晶方式等來提高羰基基團利用率等方法來增加、豐富鋰離子電池正極材料分子庫，進一步優化改進篩選高能量密度、功率密度并具有價格優勢的實用型的離子二次電池有機正極材料。