[發(fā)明專(zhuān)利]一種有機(jī)電極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011172758.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112279806B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳飛;賈康康;朱琳娜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C07D213/80
• 分類(lèi)號(hào): C07D213/80;C07D213/803;H01M4/60;H01M10/054
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種有機(jī)電極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。該有機(jī)電極材料屬于共軛羧酸鹽類(lèi)。將該材料用作鈉離子電池工作電極，在電流密度為100mA/g下，循環(huán)100圈以后，有機(jī)電極材料I?1和有機(jī)電極材料I?2的放電比容量分別為171mAh·g^?1和184mAh·g^?l，電壓平臺(tái)測(cè)試過(guò)程中，在5C(935mA/g)時(shí)，以I?1和I?2為電極材料制得的半電池分別能提供119mAh/g和90mAh/g的高比容量，兩種材料的工作電壓均在0.4?0.7V之間。由該法制備所得的電極材料能夠很好的應(yīng)用于鈉離子電池中，作為負(fù)極材料使用具有優(yōu)良的氧化還原能力和循環(huán)穩(wěn)定性。該有機(jī)電極材料制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，符合大規(guī)模制備的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(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)

隨著不可再生能源的日漸枯竭，新型能源的開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行，理想二次電池的研發(fā)刻不容緩。鋰離子電池以其循環(huán)性能好、能量密度大、材料體系靈活而被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)示范工程中，但其原料資源少、價(jià)格高和存在安全隱患導(dǎo)致需要尋找新型電池體系來(lái)替代。鈉與鋰處于同一主族，物理化學(xué)性質(zhì)較為相似，并且鈉具有分布廣泛、價(jià)格低廉、容易提取、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因此有望在大規(guī)模儲(chǔ)能中應(yīng)用。由于鈉離子半徑比鋰離子半徑大，因此傳統(tǒng)的用于鋰離子電池中的無(wú)機(jī)材料絕大多數(shù)并不能作為理想的存儲(chǔ)鈉的負(fù)極材料。例如，目前市場(chǎng)占有率90％以上的鋰離子電池負(fù)極材料石墨化碳，想要實(shí)現(xiàn)鈉離子的可逆存儲(chǔ)是非常困難的。

有機(jī)電極材料具有來(lái)源廣泛、比容量高、環(huán)境友好且結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，尤其是有機(jī)物具有的柔性骨架可以耐受大半徑的陽(yáng)離子嵌脫，理論上擁有更快的離子脫嵌速度，比較適合作為鈉離子電池的電極材料使用。因此，探索和發(fā)展新型有機(jī)電極材料是鈉離子電池發(fā)展的重要方向。

羰基化合物早在20世紀(jì)就被作為電極材料用于二次電池的研究，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，逐漸成為了最熱門(mén)的有機(jī)電極材料之一。目前，用于鈉離子電池中的羰基化合物電極材料主要有小分子羰基化合物及其聚合物兩大類(lèi)。小分子羰基化合物包括簡(jiǎn)單醌類(lèi)、含取代基的醌、oxocarbon類(lèi)鹽、二酐、酰亞胺及其鹽類(lèi)、共軛羧酸鹽類(lèi)及其衍生物等幾種類(lèi)型，而羰基化合物的聚合物主要有聚硫醌類(lèi)、聚酰亞胺等，羰基化合物具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΓF(xiàn)階段的研究仍面臨以下幾個(gè)難題：①循環(huán)穩(wěn)定性不佳，小分子羰基化合物在電解液中存在不同程度的溶解現(xiàn)象，使材料容量衰減較快；②電子電導(dǎo)率低，多數(shù)羰基化合物固有導(dǎo)電性較差，使材料倍率性不佳。為了適應(yīng)高比能量和壽命長(zhǎng)的鈉離子電池的發(fā)展需要，開(kāi)發(fā)比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、簡(jiǎn)單易得的新型鈉離子電池有機(jī)電極材料是離子電池發(fā)展并產(chǎn)業(yè)化的重要途徑和需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種有機(jī)電極材料；目的之二在于提供一種有機(jī)電極材料的制備方法；目的之三在于提供有機(jī)電極材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、一種有機(jī)電極材料，結(jié)構(gòu)如通式I所示：

式中，X為N，Y為C；或X為C，Y為N。

2、所述的一種有機(jī)電極材料的制備方法，所述方法如下：

a.中間體II的制備：將2-溴-5甲基吡啶或5-溴-2甲基吡啶與對(duì)甲苯硼酸以四氫呋喃為溶劑，四(三苯基膦)鈀為催化劑，磷酸鉀為堿，保護(hù)氣氛下進(jìn)行Suzuki反應(yīng)，即得中間體II；

b.中間體III的制備：將中間體II溶于冰醋酸和濃硫酸的混合溶液中，-5～5℃，保護(hù)氣氛下，加入三氧化鉻和乙酸酐溶液，攪拌反應(yīng)1-2.5h后升至室溫，繼續(xù)反應(yīng)10-15h后，降溫析出固體，取固體洗滌，即得中間體III；