[發(fā)明專利]一種5;7;12;14-四氮-6;13-并五苯醌電極材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810568460.2
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108864104A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊思宇;傅正文
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: C07D487/04
• 分類號: C07D487/04;H01M4/60;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于5,7,12,14?四氮?6,13?并五苯醌（簡稱TAPQ）電極及其制備方法和在制備電池中的應(yīng)用。將鄰苯二胺和2,5?二羥基?1,4?苯喹酮混合生成5,12?二氫喹諾并[2,3?b]吩嗪，再將5,12?二氫喹諾并[2,3?b]吩嗪置于重鉻酸鉀的硫酸溶液中氧化，而得到5,7,12,14?四氮?6,13?并五苯醌。由該電極組裝而得的鋰離子電池最高理論比容量可達(dá)320.0 mAh/g，且在10C的倍率下能保持150 mAh/g左右的比容量循環(huán)300多圈。此外，該電極材料還可適用于鈉離子電池和鉀離子電池體系等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

有機(jī)正極材料的優(yōu)勢主要有以下幾點：1、體系安全。2、質(zhì)量輕，多電子參與反應(yīng)，因而電池比容量高、質(zhì)量能量密度高。3、有機(jī)物的氧化還原過程反應(yīng)動力學(xué)快，因此功率密度高。4、有機(jī)結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強(qiáng)，可根據(jù)對電池性能的需求增減官能團(tuán)或者將其鹽化聚合等。且由于有機(jī)物在溶劑中的溶解度大，成膜性好，電極制作方式靈活。5、成本低廉、無重金屬污染，而含氧共軛羰基化合物作為天然生物質(zhì)提取物的衍生物更是合成原料豐富且方便大規(guī)模生產(chǎn)。因此相比于無機(jī)材料，有機(jī)物被認(rèn)為有望成為新一代綠色鋰離子電池正極材料。

目前已被研究過的有機(jī)正極材料主要有導(dǎo)電聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和含氧共軛化合物等，其中以含氧共軛化合物研究最多、性能最好。因此尋找性能優(yōu)良的含氧共軛化合物做電池的正極材料顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種合成簡便、性能優(yōu)良的5,7,12,14-四氮-6,13-并五苯醌（簡稱TAPQ）電極材料及其制備方法，以及其作為電池正極的應(yīng)用。

本發(fā)明所提供的5,7,12,14-四氮-6,13-并五苯醌電極材料，記為TAPQ，分子式為C₁₈H₈N₄O₂,結(jié)構(gòu)式如下：

。

本發(fā)明所提供的TAPQ電極材料的制備方法，具體步驟為：

（1）將鄰苯二胺和2,5-二羥基-1,4-苯喹酮混合，在150℃-200℃的條件下攪拌4-6小時，生成5,12-二氫喹諾并[2,3-b]吩嗪；

（2）將5,12-二氫喹諾并[2,3-b]吩嗪置于重鉻酸鉀的硫酸溶液中，在90-110℃的條件下氧化，即得5,7,12,14-四氮-6,13-并五苯醌，記為TAPQ；

化合物合成化學(xué)反應(yīng)式如下：

本發(fā)明中，所述制備方法制備獲得的TAPQ作為電池正極材料，以及該TAPQ與碳或石墨烯形成的TAPQ復(fù)合物作為電池正極材料；所述TAPQ復(fù)合物為碳包覆的TAPQ (TAPQ/C)、石墨烯復(fù)合的TAPQ (TAPQ/G)、氮化石墨烯復(fù)合的TAPQ (TAPQ/NG)或碳納米管復(fù)合的TAPQ(TAPQ/CNT)。

一種以所述TAPQ以及該TAPQ復(fù)合物為正極的電池的制備方法，具體步驟如下：

（1）將TAPQ或TAPQ復(fù)合物涂布在集流體鋁箔、銅箔或泡沫鎳上，再經(jīng)烘干、裁剪，得到正極極片；

（2）制備片狀金屬負(fù)極和電解液；

（3）將正極、金屬負(fù)極、隔膜和電解液組裝成電池。

本發(fā)明中，所述金屬負(fù)極為鋰、鈉、鉀或鎂。