用作有机锂离子电池正极的萘并[2,3-d]咪唑-4,9-二酮衍生物及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料合成领域，具体提供了一种用作有机锂离子电池正极的萘并[2,3

【技术实现步骤摘要】
用作有机锂离子电池正极的萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料合成领域，具体提供了一种用作有机锂离子电池正极的萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物及其制备方法。

技术介绍

[0002]不断增长的能源需求促使世界迫切需要发展多种更清洁、更环保的储能技术。锂离子电池(LIBs)因具有高能量密度、长循环寿命和易规模化生产等优点而被广泛应用于各类电动汽车和电动工具领域。寻求电化学性能优越的电极材料一直是LIBs的发展方向。现有的LIBs的正极材料主要是无机锂盐，如LiCoO2、LiMnO4和LiFePO4等。尽管这些无机锂盐已被应用于商业LIBs，但是其中的过渡金属具有的毒害性、高成本和较差可重复循环性抑制了其在新能源汽车中进一步广泛应用。
[0003]在过去的十年中，氧化还原活性有机分子作为锂离子电池的电极材料引起了人们极大的兴趣。与过渡金属基无机电极材料相比，有机电极材料具有成本低、环境友好、结构多样、合成方便、电化学性能可调等优点。到目前为止，许多具有不同氧化还原物种的有机分子已经被作为锂离子电池的正极材料被研究过。其中，共轭羰基化合物被认为是最有前途的材料，因为它们具有较高的理论比容量、良好的电化学活性和合成方便。然而，它们在有机电解液中的溶解问题严重阻碍了它们的实际应用，导致常规的有机锂离子电池的循环稳定性差、库仑效率低和比容量低。
[0004]现有的用来解决有机锂离子电池比容量低的方法主要集中于增加电化学活性位点，如在有机电极材料中接枝新的活性基团，但是，现有电极材料还存在放电容量低和因溶解或分解带来的循环寿命低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为有机锂离子电池提供一种高性能的正极材料萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物。该材料合成原材料易得，合成方法简便，易于规模化，产率高。该材料应用于锂离子电池正极，具有电化学容量高、循环寿命长的优点，具有广阔的应用前景。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：先以2,3
‑
二氯
‑
1,4
‑
萘醌和酞酰亚胺钾为原料，采用氮气保护下回流加热的方法制备2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌。然后将制备得到的2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌分别与冰醋酸、对苯二甲醛或1,3,5
‑
均苯三甲醛反应制得2
‑
甲基
‑
1H
‑
萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
酮(IMNQ
‑
1)、2
’2‑
(1,4
‑
苯基)对(1H
‑
萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮(IMNQ
‑
2)或2,2',2
”‑
(苯
‑
1,3,5
‑
三基)三(1H
‑
萘基[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮(IMNQ
‑
3)。最后将这三种萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物作为正极材料，与金属锂片组装成有机锂离子电池。
[0007]本专利技术提供的以萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物为正极材料的有机锂离子电池，具体操作如下：
[0008](1)将2,3
‑
二氯
‑
1,4
‑
萘醌和酞酰亚胺钾共同溶解在200mL乙氰溶液中，在氮气保
护下进行回流6
‑
12h，冷却到室温，过滤后获得黄色固体中间产物。将此中间产物置于圆底烧瓶中，加入10mL水合肼，于60℃下反应12h，制备获得深蓝色的2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌；
[0009]其中，2,3
‑
二氯
‑
1,4
‑
萘醌和酞酰亚胺钾的质量比为1:1～1:3。
[0010](2)将2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌加入到冰醋酸中，在氮气保护下回流加热3～7h。冷却产物后，将其分别用乙酸、乙醇、乙醚和水洗涤，烘干后得到灰色产物2
‑
甲基
‑
1H
‑
萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
酮(IMNQ
‑
1)；
[0011]其中，2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌和冰醋酸的质量比为1:168～1:300。
[0012]或，将2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌与对苯二甲醛共同加入到烧瓶中，再加入8mL DMSO，于80～120℃下搅拌反应3～7h。冷却后，抽滤除去溶剂,然后依次加入乙醇和水洗涤,最后在DMF中重结晶获得棕黄色产物2
’2‑
(1,4
‑
苯基)对(1H
‑
萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮(IMNQ
‑
2)；
[0013]其中，2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌和对苯二甲醛的质量比为1:3～3:1。
[0014]或，将2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌与1,3,5
‑
均苯三甲醛一起溶解于15mL二甲基亚砜溶液中，置于80～120℃的油浴中反应6～24h，反应结束后冷却到室温，抽滤分离出棕黄色的固体。将此棕黄色的固体置于烧瓶中，加入200mL的N、N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，加热回流20分钟后，将产物进行过滤、洗涤和烘干操作，去除残余的DMF，获得明黄色的2,2',2
”‑
(苯
‑
1,3,5
‑
三基)三(1H
‑
萘基[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮(IMNQ
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：(1)将2,3
‑
二氯
‑
1,4
‑
萘醌和酞酰亚胺钾溶解在乙氰溶液中，氮气保护下回流反应6
‑
12h后，冷却到室温，过滤后获得黄色固体中间产物；将此黄色中间产物置于圆底烧瓶中，加入水合肼，于60℃下反应12h，制得深蓝色的2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌；(2)将2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌加入到冰醋酸中反应，冷却产物后，将其分别用乙酸、乙醇、乙醚和水洗涤，烘干后得到灰色产物2
‑
甲基
‑
1H
‑
萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
酮(IMNQ
‑
1)；或将2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌与对苯二甲醛共同加入到烧瓶中，再加入二甲基亚砜溶液搅拌反应，冷却后，抽滤除去溶剂，然后依次加入乙醇和水洗涤，最后在DMF中重结晶，获得棕黄色产物2
’2‑
(1,4
‑
苯基)对(1H
‑
萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮(IMNQ
‑
2)；或将2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌与1,3,5
‑
均苯三甲醛一起溶解于DMSO溶液中，置于油浴中反应，反应结束后冷却到室温，抽滤分离出棕黄色的固体，将此棕黄色的固体置于烧瓶中，加N、N
‑
二甲基甲酰胺，加热回流20分钟后，将产物进行过滤、洗涤、烘干，去除残余的DMF，获得明黄色的2,2',2
”‑
(苯
‑
1,3,5
‑
三基)三(1H
‑
萘基[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮(IMNQ
‑
3)。2.如权利要求1所述的萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述2,3
‑
二氯
‑
1,4
‑
萘醌和酞酰亚胺钾的质量比为1:1～1:3。3.如权利要求1所述的萘并[2,3
‑
d]咪唑
‑
4,9
‑
二酮衍生物的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述2,3
‑
二氨基
‑
1,4
‑
萘醌和冰醋酸的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：许娟，朱一方，曹剑瑜，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：