[發明專利]一種新型嗪類化合物二次電池電極材料

在審

• 申請號: 201710707682.3
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN109411753A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 江蘇中安環能新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電化學領域，涉及一種新型嗪類化合物二次電池電極材料。采用本發明所涉及方法制備的嗪類化合物二次電池電極材料，以自然界存在的和人工合成的不溶性嗪類化合物為電活性物質，其電極電位可以通過化合物骨架和取代基的改變而調整，是一種結構和性能設計性強、氧化還原可逆性能好的活性電極材料，采用本發明可根據需求將嗪類化合物設計用做酸性、堿性和中性水溶液的二次電池的正極或負極材料，亦可用在有機電解液二次電池體系中。采用該電極材料制備成本低、活性高、安全性好，組配成為電池后，在電動工具、電動車、電網等儲能方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于電化學工程與工業裝置領域，特別涉及電池生產技術領域的一種新型嗪類化合物二次電池電極材料以及其制備方法，可作為電極活性物質用于酸性、中性和堿性水溶液以及有機電解液的二次電池體系中。

背景技術

新能源是我國七大新興產業之一，將長期持續發展。但是太陽能和風能發電不可能按照火電那樣根據用戶需要“隨時用，即刻發”，而是“隨機發、不好用”。太陽能發電要白天發、晚上用；我國“三北地區”夜間風大正是電網的用電“谷期”，如沒有大規模蓄電相配合，就會造成“棄風”“棄光”的浪費。因此，大規模蓄電是國民經濟和社會發展中迫切需要解決的關鍵問題之一。

各類化學電源中，適合大規模蓄電者必須具備安全、廉價、環保三項基本性能，因而水體系二次電池應該是關注的重點。目前，成熟的水體系二次電池主要有鎘鎳電池、氫鎳電池、鉛酸電池，活性物質均為無機物。鎘鎳電池已被限制使用，鉛酸電池是我國政府今年開征消費稅的唯一品種，以限制其發展，氫鎳電池價格高，不適合大規模使用。研發安全、廉價、環保的大規模蓄電池是電化學工作者義不容辭的當務之急。

事實上，許多有機物具有氧化還原可逆性，理論上，通過結構調整降低分子量、增加反應電子數，有機物可具有高的電化學比容量。有機物主要由碳、氫、氧、氮等常見元素組成，來源廣泛，不受礦藏資源的限制，合成工藝簡便易行，成本降低空間大，電化學性能和溶解性可以根據結構調節，且可再生利用，研究有機物在化學電源中的應用，不僅科學意義重大，實用價值也很高。為此，試圖將有機物作為二次電池的電極活性材料應用于化學儲能的人，近年來增多。

按活性官能團的不同，常見的有機電對包括：醌/酚(如對苯醌、聯苯醌)、酮/醇(如二苯甲酮)、嗪類化合物(如吡嗪、吩嗪)，含金屬官能團(如二茂鐵、二茂鎳)、含硫官能團(如二硫化合物)、含氮官能團(苯胺、N-O鍵化合物)等。其中，基于醌/酚互變的醌類化合物的電化學可逆性最好，傳統的醌氫醌電極即是代表。特別是，醌類化合物由于電極電位可調控，且電極電位在-0.6～1V vs.NHE之間，不易發生析氫析氧副反應，作為水體系電池活性物質，具有較大的潛在應用價值。此外，一類與醌類化合物結構類似的有機化合物——嗪類化合物也表現出了較好的氧化還原可逆性，電極電位在0～-1Vvs.NHE之間，也頗具作為電池活性物質的應用潛力。醌類和嗪類化合物除了可來源于石化原料外，還可從生物質中提取，符合綠色環保的理念。為此，如能讓這兩種具有良好氧化還原可逆性的有機物發揮其在化學電源中的新應用，將有較高的理論和現實意義。

本發明提供一種新型嗪類化合物二次電池電極材料，制備的嗪類化合物二次電池材料可用于堿性、酸性和中性電解液中，提高二次電池的循環壽命和電池的比能量。

發明內容

本發明所要解決的問題是解決現有二次電池電極材料均為無機物的限制，提供一種新型嗪類化合物的制備方法，該制備方法具有生產成本低、原料來源廣泛、清潔環保無污染的優點。

為解決上述技術問題，本發明采取如下技術方案：

一種嗪類化合物二次電池電極材料，其特征是，分子結構中含有吡嗪結構基團。

一種嗪類化合物二次電池電極材料，其特征是，所述的嗪類化合物為單環(如)、多環嗪類(如)化合物及其衍生物或者聚合物以及導電聚合物(如