[发明专利]有机电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种有机电极材料及其制备方法和应用，有机电极材料以含有咔唑官能团的化合物作为正极活性材料，其中，所述的含有咔唑官能团的化合物为R(carbazole)_n；R为芳香族化合物，n为整数，carbazole为含有咔唑的官能团。本发明得到的有机电极材料用作锂离子电池的正极材料时，具有较高的放电电压以及优异的循环与倍率性能，在20A g^‑1的电流下仍有38mAh g^‑1的容量，在1A g^‑1的电流的长时间循环2000次后，仍有64mAh g^‑1的容量，其容量保持率为64％。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种有机电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，锂离子电池技术得到充分的发展，不断助力便携式设备以及动力汽车方面，为人民生活提供了诸多便利。追寻锂离子电池能够得到现今的前景的原因，是因为以石墨材料为负极和层状无机材料为正极的结构所带来的高电压，高容量以及高的稳定性。但相较于易得的石墨负极材料，无机正极材料的资源储量、电池回收、制备成本等问题值得进一步的研究和解决。而另一方面，有机电极材料由于其可回收性强，制备成本低等优势，被研究者认为是一类新型的电极材料，有望在某些场合弥补无机材料的短板和不足。此外，由于有机分子的结构可设计性强，储能机理新颖，为新一代电池提供了可供选择的方向。

然而，有机材料也有亟需解决的技术难题需要克服。首先，有机分子由于其相近的性质，在锂离子电池电解液中具有良好的溶解性。造成电极材料的粉化甚至脱离，进而影响整个电极的循环性能。其次，有机分子的导电性较差，造成难以满足快速的充放电性能，抑制了有机材料作为锂离子电池正极材料的应用。最后，有机材料的反应电位高低也同样是不容忽视的问题。有机电极材料的电压由其结构内相关电化学活性的结构的反应电位决定。诸如现今发展较多的有机共轭羰基类化合物的电化学反应电位处于2.0-3.0V，与现今商用无极正极材料的电化学反应电位(3.5-4.5V)仍存在一定的差距。找寻反应电位高的电化学活性基团也是促进有机电极材料向新型电极材料的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机电极材料及其制备方法和应用。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种有机电极材料，以含有咔唑官能团的化合物作为正极活性材料，其中，所述的含有咔唑官能团的化合物为R(carbazole)_n；R为芳香族化合物，n为整数，carbazole为含有咔唑的官能团。

R(carbazole)_n为下式(I)的一种；

本发明还包括一种所述的有机电极材料的制备方法，采用下述步骤：将R(Halogen)_n、咔唑、催化剂、配体、碱以及溶剂加入到反应器中，进行乌尔曼反应，得到所需化合物；其中R为芳香族化合物，Halogen为卤素，n为整数。

所述的催化剂为碘化亚铜；配体为邻二氮菲，碱为有机碱或者无机碱，溶剂为DMF。

R(Halogen)_n、咔唑、催化剂、配体、碱的摩尔比为1：1n-1.5n：0.1n-0.5n：0.2n-1n：5n-10n。

本发明还包括一种所述的有机电极材料的应用，应用于工作电极，具有＞3.5V的放电电压，并能在＞1A/g的充放电速率下，正常循环，且具有良好的容量保持率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：