一种交联聚合物有机电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池电极材料领域，具体涉及一种交联聚合物有机电极材料及其制备方法与应用。该有机电极材料由双(3,4

【技术实现步骤摘要】
一种交联聚合物有机电极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池有机电极材料领域，具体涉及一种交联聚合物有机电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高的比能量、稳定的长循环寿命、出色的倍率性能、低自放电平台、以及对环境污染小等优势，广泛应用于市场，是现代二次电池的主力军。然而，当前的锂离子电池越来越难满足高容量、快充电的能源存储需求，亟需发展高比能、长循环寿命及环境友好的锂离子电池。
[0003]目前，醌类化合物作为电极材料，在实现高功率密度、高能量密度的高性能锂离子电池方面展现出巨大潜力，受到了广泛研究，但其在实际应用方面却面临诸多问题。一方面，有机小分子醌类化合物作为电极材料，易溶解于电解液，导致其锂离子电池循环稳定性差。另一方面就是，醌类化合物导电性差，难以实现醌类化合物电极材料高的倍率性能。还有一方面就是，一般可以通过构筑醌类聚合物，来解决醌类化合物溶解度的问题，但是，在实现构筑溶解度较小的醌类聚合物的同时又引入了大量无电化学活性的原子或基团，导致这类聚合物电极材料的比容量降低，仍难以实现高比容量的锂离子电池。
[0004]一般地，交联聚合物在常规溶剂中往往溶解度较小，作为电极材料，可能实现稳定的循环性能。而且，其具有大量微孔结构，有利于离子传输，一定程度上可实现其高倍率性。此外，用最简单的碳原子作为苯醌结构单元的交联元素，可尽量少的引入非电活性原子或基团，可实现高比容量的锂离子电池。

技术实现思路

[0005]鉴于
技术介绍
中存在的不足，提供一种交联聚合物有机电极材料及其制备方法与应用，本专利技术构筑了简单的含多醌的交联聚合物，利用交联有机聚合物能够有效抑制活性材料在电解液中溶解的问题。同时，实现醌类化合物高的比容量及提升醌类化合物储能的循环倍率性能。
[0006]本专利技术所提供的一种交联聚合物有机电极材料，结构式为：
[0007][0008]本专利技术还提供了一种上述交联聚合物有机电极材料的制备方法，包括步骤如下：
[0009](1)在氮气或氩气保护下，将双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁在1,2
‑
二氯乙烷中混合均匀，加热反应，自然冷却，提纯，得到含甲氧基交联聚合物；其
中，双(3,4
‑
邻苯二醚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁的摩尔比为1:3～6:3～6。
[0010]进一步的，提纯方法包括：反应结束后过滤产物，然后用二氯甲烷和DMF洗涤，再用甲醇索氏提取(提取温度优选70℃)，真空干燥。进一步的，为了提高产物收率，加热反应是45℃的条件下搅拌反应16～24小时，然后升温至80～90℃，继续反应24小时。
[0011](2)将步骤(1)制备的含甲氧基交联聚合物，在溴化氢和乙酸混合溶液加热搅拌反应，自然冷却，过滤，用水和乙醇洗涤，真空干燥，得到含酚羟基交联聚合物。
[0012]进一步的，为了提高收率溴化氢和乙酸的体积比为1:1；加热反应是在125℃的条件下搅拌反应24～32小时。
[0013](3)在氮气或氩气保护下，将步骤(3)得到的含酚羟基交联聚合物加入氧化剂溶液中，搅拌反应，然后纯化，得到交联聚合物电极材料。氧化剂溶液中氧化剂是2,3
‑
二氯
‑
5,6
‑
二氰苯醌(DDQ)，溶剂是1,4
‑
二氧六环，含酚羟基交联聚合物在溶剂中质量浓度为5％～30％，含酚羟基交联聚合物与2,3
‑
二氯
‑
5,6
‑
二氰苯醌质量比为1:5～10。
[0014]进一步的，纯化方法包括过滤，二氯甲烷、DMF、甲醇洗涤，真空干燥。真空干燥的温度一般为100℃。
[0015]本专利技术还提供了另一种上述交联聚合物有机电极材料的制备方法，包括步骤如下：
[0016]1)在氮气或氩气保护下，将双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮、二氯甲烷和三溴化硼混合均匀，搅拌反应，向混合溶液中加入冰块，淬灭反应，抽滤，真空干燥，得到粉色固体双(3,4
‑
邻苯二酚)甲酮。
[0017]进一步的，为了提高收率，双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮和三溴化硼摩尔比为1：8～10，双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮在溶剂中质量浓度为5％～30％。
[0018]2)在氮气或氩气保护下，将步骤1)制备的双(3,4
‑
邻苯二甲酚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁在1,2
‑
二氯乙烷中混合均匀，加热反应，自然冷却，纯化；双(3,4
‑
邻苯二酚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁的摩尔比为1:3～6:3～6。
[0019]进一步的，纯化方法包括：反应结束后将产物过滤，再用二氯甲烷和DMF洗涤，用甲醇索氏提取，真空干燥，得到含酚羟基交联聚合物。
[0020]进一步的，为了提高收率，加热反应是45℃的条件下搅拌反应16～24小时，然后升温至80～90℃，继续反应24小时。
[0021]3)在氮气或氩气保护下，将步骤2)得到的含酚羟基交联聚合物加入氧化剂溶液中，加热搅拌反应，再纯化得到交联聚合物电极材料，氧化剂溶液中氧化剂是2,3
‑
二氯
‑
5,6
‑
二氰苯醌，溶剂是1,4
‑
二氧六环，含酚羟基交联聚合物在溶剂中质量浓度为5％～30％，含酚羟基交联聚合物与2,3
‑
二氯
‑
5,6
‑
二氰苯醌质量比为1:5～10。过滤，二氯甲烷、DMF、甲醇洗涤，真空干燥，真空干燥温度一般为100℃左右。
[0022]进一步的，上述双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮的制备方法包括如下步骤：在氮气保护下，将邻苯二甲醚、3,4
‑
二甲氧基苯甲酸和多聚磷酸混合均匀，加热反应，自然冷却，加入蒸馏水，搅拌反应，抽滤得到固体，将固体溶解在二氯甲烷中，用NaOH水溶液和蒸馏水洗涤，萃取，干燥有机层，真空干燥，得到白色固体粉末双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮；其中，邻苯二甲醚、3,4
‑
二甲氧基苯甲酸的摩尔比为1:1，加热反应是在80～90℃的条件下搅拌反应4～6小时。
[0023]进一步的，本专利技术交联聚合物合成反应路线如下：
[0024]方法1：
[0025][0026]或方法2：
[0027][0028]本专利技术还提供了基于上述方法制备的交联聚合物有机电极材料的锂离子电池用正极，包括质量比为6
‑
8:1
‑
3:1的上述交联聚合物有机电极材料、导电碳材料乙炔黑和粘结剂聚偏氟乙烯。
[0029]上述锂离子电池用正极的制备方法，包括：
[0030]将所得交联聚合物有机电极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交联聚合物有机电极材料，其特征在于，所述电极材料的结构式如式M
‑
1所示：2.一种如权利要求1所述的交联聚合物有机电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在氮气或氩气保护下，将双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁在1,2
‑
二氯乙烷中混合均匀，加热反应，自然冷却，提纯，得到含甲氧基交联聚合物；其中，双(3,4
‑
邻苯二醚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁的摩尔比为1:3～6:3～6；(2)将步骤(1)制备的含甲氧基交联聚合物，在溴化氢和乙酸混合溶液加热搅拌反应，自然冷却，过滤，用水和乙醇洗涤，真空干燥，得到含酚羟基交联聚合物；(3)在氮气或氩气保护下，将步骤(3)得到的含酚羟基交联聚合物加入氧化剂溶液中，搅拌反应，然后纯化，得到交联聚合物电极材料。氧化剂溶液中氧化剂是2,3
‑
二氯
‑
5,6
‑
二氰苯醌，溶剂是1,4
‑
二氧六环，含酚羟基交联聚合物在溶剂中质量浓度为5％～30％，含酚羟基交联聚合物与2,3
‑
二氯
‑
5,6
‑
二氰苯醌质量比为1:5～10。3.根据权利要求2所述的交联聚合物有机电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)提纯方法包括：反应结束后过滤产物，然后用二氯甲烷和DMF洗涤，再用甲醇索氏提取，真空干燥；和/或，步骤(1)加热反应是45℃的条件下搅拌反应16～24小时，然后升温至80～90℃，继续反应24小时；和/或，步骤(2)溴化氢和乙酸的体积比为1:1；加热反应是在125℃的条件下搅拌反应24～32小时；和/或，步骤(3)纯化方法包括过滤，二氯甲烷、DMF、甲醇洗涤，真空干燥。4.一种如权利要求1所述的交联聚合物有机电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在氮气或氩气保护下，将双(3,4
‑
邻苯二甲醚)甲酮、二氯甲烷和三溴化硼混合均匀，搅拌反应，向混合溶液中加入冰块，淬灭反应，抽滤，真空干燥，得到粉色固体双(3,4
‑
邻苯二酚)甲酮；2)在氮气或氩气保护下，将步骤1)制备的双(3,4
‑
邻苯二甲酚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁在1,2
‑
二氯乙烷中混合均匀，加热反应，自然冷却，纯化；双(3,4
‑
邻苯二酚)甲酮、二甲醇缩甲醛和无水氯化铁的摩尔比为1:3～6:3～6；3)在氮气或氩气保护下，将步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骁，凌广坤，贾玲，张汉平，林富荣，周明月，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：