[发明专利]横向扩环的苯并苝六羧酸锂电极材料合成及其应用

说明书

本发明公开了横向扩环的苯并苝六羧酸锂电极材料的设计合成及及在锂电池中应用。该苯并苝六羧酸锂电极材料是以苝‑3,4,9,10‑四羧酸酐为初始原料经多步与醇、碱的反应制备而成，苯并苝六羧酸锂电极材料对锂电池的比容量和倍率性能的提升起到关键作用。该设计合成方法不仅引入电活性基团进入分子中，同时还增大了分子的π共轭体系，这对锂电池的性能的提高起到关键作用，因此可将该方法用于制备锂电池的电极材料。

技术领域

本发明属于有机功能材料技术领域，具体涉及横向扩环的苯并苝六羧酸锂电极材料的设计合成及在锂电池中应用。

背景技术

苝四羧酸锂的结构具有以下特点：1）具有较大平面的大π共轭体系；2）结构稳定性好，能耐高温高压；3）具有多个电活性基团且不溶于电解液。因此，苝四羧酸锂可以成为一类性能优异的有机电极材料。在苝四羧酸锂结构的基础上，在其bay区引入一个马来酸酐分子，最后碱解形成电池性能更优的苯并苝六羧酸锂。利用引入的马来酸酐将增加电活性的氧化还原基团以及扩大了π共轭体系，从而使得电池的比容量和倍率性能将提高。这种方法可以为设计合成新的有机电极材料提供重要的参考价值。

发明内容

本发明的目的在于提供性能更优的有机电极材料横向扩环的苯并苝六羧酸锂及其合成方法，该有机电极材料表现更高的比容量，更快的倍率性能，合成方法容易且原料便宜，因此可将其应用于有机电池行业，及为设计高性能的电极材料提供一种新方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种苯并苝六羧酸锂其结构式为：

（Ⅰ）；

所述苯并苝六羧酸锂的合成路线如图4所示。

所述配合物的具体制备方法包括以下步骤：

（1）苝-3,4,9,10-四甲酸四乙酯的合成：苝-3,4,9,10-四羧酸酐与乙醇反应生成苝-3,4,9,10-四甲酸四乙酯。

（2）苯并苝-1,2,-酸酐-4,5,10,11-四甲酸四乙酯的合成：苝-3,4,9,10-四甲酸四乙酯与马来酸酐反应生成苯并苝-1,2,-酸酐-4,5,10,11-四甲酸四乙酯。

（3）苯并苝-1,2,4,5,10,11-六甲酸三酐的合成：苯并苝-1,2,-酸酐-4,5,10,11-四甲酸四乙酯在KOH的条件下得到苯并苝-1,2,4,5,10,11-六甲酸三酐。

（4）苯并苝-1,2,4,5,10,11-六甲酸六锂的合成：苯并苝-1,2,4,5,10,11-六甲酸三酐与LiOH在甲醇溶液中反应生成苯并苝-1,2,4,5,10,11-六甲酸六锂。

具体步骤如下：

（1）苝-3,4,9,10-四甲酸四乙酯的合成：将4 g的苝-3,4,9,10-四羧酸酐（PTCDA）、20ml碘乙烷、10 g碳酸钾和80 ml乙醇混合，在85℃反应24小时。冷却至室温后，将碘乙烷和乙醇在60℃的温度下旋转蒸发去除。随后抽滤并用大量的水洗至滤饼成中性，橘黄色物质被收集。在80℃的温度下干燥8 h得到5.2 g（收率96%）产物，粗产物没有进行纯化，直接用于下一步反应。

（2）苯并苝-1,2,-酸酐-4,5,10,11-四甲酸四乙酯的合成：向250 ml圆底烧瓶中加入100 g马来酸酐加热至75℃，随后加入9 g苝-3,4,9,10-四甲酸四乙酯和10 g的四氯对苯醌，最后将温度升至170℃反应36 h。冷却到100℃，将反应液倒入1000 ml乙醇和250 ml氯仿的混合液中，在室温下搅拌3 h，待析出沉淀后，抽滤，将滤饼水洗至中性。在80℃的温度下真空干燥8 h得到7.4 g（收率70%）棕黄色产物，粗产物没有进行纯化，直接用于下一步反应。