[发明专利]一种氨基蒽醌聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型醌类聚合物及其制备方法。该聚合物可用于高容量锂电池的正极材料，也可用于光电器件材料和染色剂等。 

背景技术

能源是国民经济和社会发展的重要资源，煤炭、石油等的广泛使用不符合低碳经济的要求，而且石化能源等不可再生资源日趋减少，不可持续。因此，开发和合理利用可再生能源就成为关系国计民生的大计。锂二次电池由于其比能量高、循环寿命长等特点，成为未来可再生能源利用的关键之一。在众多锂电池正极材料中，无机过渡金属氧化物是当今的研究热点，然而这类正极材料用于未来的电源存在如下缺点：一是理论比容量偏低，LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等的理论比容量均在300mA h/g以下，实际可用的比容量不超过170mAh/g，提升空间十分有限；二是原料在自然界中储量有限，一部分材料存在重金属元素污染环境的问题，同时开采他们需要消耗大量能量，不符合低碳经济和可持续发展的要求；三是在安全方面依然存在隐患，当电池过充时，易产生高价态金属氧化物，并伴随氧气的释放，发生剧烈的放热反应。相对无机材料而言，有机醌类化合物作为锂电正极材料具有理论比容量较高、原料丰富、结构可设计性强等优点，另外，值得注意的是某些醌类物质还可从植物中直接提取得到[124]，因此，醌类化合物是一类具有广泛应用前景的储能物质。 

由于在醌类化合物中起氧化还原作用的官能团为羰基和羟基，其含量越多，材料的容量越高。此外作为电极材料，希望其在电解液中的溶解度小，以保证在充放电循环过程中电极结构的稳定，提高电池的循环性能。基于以上考虑，我们设计并制备了一种新型多醌聚合物——聚5-氨基-2，3-二氢-1，4-二羟基蒽醌(PADAQ)，该聚合物兼有醌基、羟基和聚苯胺链，这种结构有如下优点：一是将蒽醌制备成聚合物的形式可以降低其在电解液中的溶解度，从而稳定电极结构，提高循环稳定性；二是类聚苯胺结构具有良好的导电性，可以改善蒽醌材料的导电性，提高其电化学活性；三是类聚苯胺结构本身通过电化学掺杂可以提供容量，有助于提高材料的整体容量。该聚合物具有下列结构式： 

除了可以作为电化学储能材料外，这类新型醌类聚合物由于其良好的光电效应和显色功能，还可以应用于发光二级管、智能显示及传感器和染色剂等领域。 

发明内容

本发明的目的是以一种简单的制备方法制备多醌聚合物，用作高比能锂电池正极材料及光电材料和显色材料。 

本发明以5-氨基-2，3-二氢-1，4-二羟基蒽醌(ADDAQ)为原料，将其溶解或部分溶解于溶剂中，之后在氧化剂的作用下聚合，形成的聚合物从溶液中沉淀出来。此种方法无需提纯即可得到纯净产物。制备该聚合物的反应式如下： 

式中n≥2；制备方法是以5-氨基-2，3-二氢-1，4-二羟基蒽醌ADDAQ为原料，与氧化剂在溶剂中经过一步反应制得；氧化剂的加入量重量百分比是原料量的10％～2000％；反应温度为-5℃～200℃；反应时间为0.5～24h。 

本发明的溶剂为乙酸、二甲基亚砜、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、浓硫酸、乙酸乙酯或石油醚。 

本发明的反应氧化剂为(NH₄)₂S₂O₈、H₂O₂、KMnO₄、FeCl₃、CrO₃、MnO₂、KClO₃、HClO₄、AlCl₃、PbO₂、SnCl₄、Na₂S₂O₃、O₂或空气。 

本发明涉及一种新型的氨基蒽醌聚合物及其制备方法。这种新型聚合物的单体中含有醌基、酚羟基和氨基基团，是有机醌类化合物和氨基聚合物的结合，丰富了聚合物的结构类型。同时，制备过程简单易行，适合批量制备。 

附图说明

图1是5-氨基-2，3-二氢-1，4-二羟基蒽醌(a)与聚5-氨基-2，3-二氢-1，4-二羟基蒽醌(b)的 ¹H-NMR图