[发明专利]具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于有机聚合物锂离子电池领域，公开了一种具有高倍率性能的D‑A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，以三(4‑氨基苯基)胺作为电子给体(D)单元，3,4,9,10‑苝四羧酸二酐作为电子受体(A)单元。本发明材料作为锂离子电池正极工作时，有较好的电子传导特性，表现出优异的倍率性能，电流密度减小五倍，比容量仅变化了5％；其放电过程为自由基的形成且与锂离子的配位，具有较快的反应动力学，在高倍率储能器件方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机聚合物锂离子电池领域，涉及一种具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池的应用领域越发多元化，不同使用场景对电池特性需求不同，需要研发具备不同特性的锂离子电池电极材料。传统含锂的过渡金属氧化物正极并不能满足高倍率、长循环等使用要求，针对锂离子电池电极材料的研究遇到了瓶颈。

与过渡金属无机材料相比，有机聚合物作为可充电电池的电极材料受到了广泛地关注，因其成分主要为C、H、O、N和S等元素，主要来自天然生物质，因此可再生且对环境友好。另外，有机材料的结构可控，易于修饰，可以用来设计具有特殊电化学性质的有机化合物电极。其中，有机羰基化合物以其容量大、结构灵活、成本低、环境友好、可再生和普遍适用性强等优点，被广泛用于电池电极活性材料的研究。然而，它们在电解质中的高溶解度、有限的活性位点和低倍率性能等缺点限制了它们商业化。因此，设计倍率性能好、循环稳定性优异的具备商业化前景的有机羰基聚合物是有机锂离子电池电极领域的主要研究方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明一方面涉及一种具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，采用如下技术方案：

具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，以三(4-氨基苯基)胺作为电子给体(D)单元，以3,4,9,10-苝四羧酸二酐作为电子受体(A)单元，其分子结构如式1所示：

进一步地，所述具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，作为锂离子电池正极工作时，电流密度由0.5Ag^-1逐渐减小到0.1Ag^-1的过程中，电池比容量仅变化了4mAh g^-1。

进一步地，所述具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，作为锂离子电池正极工作时，聚合物的氧化还原电位为2.5V(vs.Li+/Li)，充放电曲线的平台为2.5V。

进一步地，所述具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，还可以作为可回收聚合物电池的正极材料。

所述具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料，还可以作为钠、钾、锌、镁、铝和钙离子电池中的正极材料。

本发明另一方面涉及所述具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料的制备方法，采用如下技术方案：

具有高倍率性能的D-A型苝基共轭聚合物锂离子电池正极材料的制备方法。

如式1所示化合物1的合成路线如下：

具体包括以下步骤：

1)在咪唑中加入3,4,9,10-苝四羧酸二酐，在惰性气体气氛中，加热搅拌直到完全溶解，获得溶液1；将三(4-氨基苯基)胺溶解在二甲基乙酰胺中，获得溶液2；