一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池技术

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，具体涉及一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池。本发明专利技术提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。本发明专利技术将酸酐和二氨基化合物通过一步热处理即可得到所需的咪唑基复合材料，制备方法简便，成本低，反应条件温和，适合工业化生产。由本发明专利技术提供的制备方法得到的咪唑基复合材料中，扩大的π共轭结构能够改善酸酐小分子面临的衰减问题，同时稳定的骨架能够提升材料的循环性能。此外，柔性骨架保证了材料在不同电流密度下的稳定性，且具有很好的抗弯折性能。很好的抗弯折性能。很好的抗弯折性能。

【技术实现步骤摘要】
一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池


[0001]本专利技术属于锌离子电池
，具体涉及一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽等优点广泛应用在日常生活中。但锂离子电池使用有机溶剂作为电解液，有机溶剂易燃易挥发，带来了严重的安全问题。
[0003]水系锌离子电池具有安全性高、成本低和理论容量高等特点，是储能装置的理想选择。作为水系锌离子电池的一部分，正极材料具有重要作用。与无机材料相比，有机化合物具有来源广泛、结构多样、环境友好、成本低等特点，适合制备电池电极材料。
[0004]酸酐化合物具有合适的氧化还原电位，能够作为离子电池电极使用，但是活性物质易溶解、导电性差以及比容量低等问题导致电池容量迅速衰减。因此，开发高容量高稳定性的基于酸酐的储锌正极材料具有重要意义。
[0005]在目前的研究中，对于酸酐分子，常常跟氨基化合物聚合形成聚酰亚胺。公开号为CN110534711A的中国专利公开了一种水系电池用聚酰亚胺正极材料，但其采用加热回流法进行合成，工艺复杂且需要高温高压的条件，对于生产设备的要求比较高，不适合工业化生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池，本专利技术提供的方法制备工艺简便，且反应条件温和，适合工业化生产。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：r/>[0008]本专利技术提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。
[0010]优选的，所述酸酐包括均苯四甲酸酐、萘四甲酸二酐和苝四甲酸二酐中的一种或几种。
[0011]优选的，所述二氨基化合物包括二氨基蒽醌、二氨基萘醌、二氨基吩嗪、二氨基苯甲酸和二氨基苯醌中的一种或几种。
[0012]优选的，所述酸酐和二氨基化合物的摩尔比为1：1～2。
[0013]优选的，所述固相反应的温度为300～350℃，时间为4～12h。
[0014]优选的，所述固相反应后，还包括对得到的物料依次进行清洗和干燥；
[0015]所述清洗采用的有机溶剂包括乙醇、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺；
[0016]所述干燥的温度为60～80℃，时间为6～12h。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的咪唑基复合材料。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的咪唑基复合材料在水系锌离子电池中的应用。
[0019]本专利技术还提供了一种柔性水系锌离子电池，所述柔性水系锌离子电池的正极材料包括上述技术方案所述的咪唑基复合材料。
[0020]优选的，所述柔性水系锌离子电池的电解液为Zn(CF3SO3)2凝胶电解液或ZnSO4凝胶电解液；
[0021]所述电解液的浓度为1mol/L。
[0022]本专利技术提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。本专利技术将酸酐和二氨基化合物通过一步热处理即可得到所需的咪唑基复合材料，制备方法简便，成本低，反应条件温和，适合工业化生产。由本专利技术提供的制备方法得到的咪唑基复合材料中，扩大的π共轭结构能够改善酸酐小分子面临的衰减问题，同时稳定的骨架能够提升材料的循环性能。此外，柔性骨架保证了材料在不同电流密度下的稳定性，且具有很好的抗弯折性能。
附图说明
[0023]图1为实施例1得到的咪唑基复合材料的SEM图；
[0024]图2为实施例1得到的咪唑基复合材料的红外谱图；
[0025]图3为实施例1得到的咪唑基复合材料组装得到的水系锌离子电池的恒流充放电曲线；
[0026]图4为实施例1得到的咪唑基复合材料组装得到的水系锌离子电池的倍率性能曲线；
[0027]图5为实施例1得到的咪唑基复合材料组装得到的水系锌离子电池的循环性能曲线；
[0028]图6为实施例1得到的咪唑基复合材料组装得到的水系锌离子电池的抗弯折性能测试曲线。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。
[0031]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0032]在本专利技术中，所述酸酐优选包括均苯四甲酸酐、萘四甲酸二酐和苝四甲酸二酐中的一种或几种。在本专利技术中，所述二氨基化合物优选包括二氨基蒽醌、二氨基萘醌、二氨基吩嗪、二氨基苯甲酸和二氨基苯醌中的一种或几种。
[0033]在本专利技术中，所述酸酐和二氨基化合物的摩尔比优选为1：1～2，进一步优选为1：1.3～1.5。
[0034]本专利技术对所述混合的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本专利技术的具体实施例中，所述混合的方式优选为在研钵中进行研磨。
[0035]在本专利技术中，所述固相反应的温度优选为300～350℃，进一步优选为310～340℃，更优选为320～330℃；时间优选为4～12h，进一步优选为5～10h，更优选为6～8h。在本专利技术中，所述保护气氛优选为氮气或氩气。在本专利技术中，所述固相反应优选在管式炉中进行。在本专利技术中，所述固相反应中，酸酐中的羰基与氨基化合物中的两个氨基发生反应生成咪唑环，从而扩展材料的共轭结构，形成稳定的结构。
[0036]所述固相反应后，本专利技术还优选包括对得到的物料依次进行清洗和干燥。在本专利技术中，所述清洗采用的有机溶剂优选包括乙醇、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺。本专利技术对所述清洗的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为60～80℃，时间优选为6～12h。
[0037]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的咪唑基复合材料。
[0038]本专利技术还提供了上述技术方案所述的咪唑基复合材料在水系锌离子电池中的应用。
[0039]本专利技术还提供了一种柔性水系锌离子电池，所述柔性水系锌离子电池的正极材料包括上述技术方案所述的咪唑基复合材料。
[0040]在本专利技术中，所述水系锌离子电池的正极材料还优选包括导电剂和粘结剂；所述导电剂优选包括科琴黑，所述粘结剂优选包括聚偏氟乙烯；所述咪唑基复合材料、科琴黑和聚偏氟乙烯的质量比优选为6：3：1。
[0041]在本专利技术中，所述柔性水系锌离子电池的电解液优选为Zn(CF3SO3)2凝胶电解液或ZnSO4凝胶电解液；所述电解液的浓度为1mol/L。在本专利技术中，所述电解液的分散介质优选为聚乙烯醇。
[0042]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种咪唑基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸酐包括均苯四甲酸酐、萘四甲酸二酐和苝四甲酸二酐中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氨基化合物包括二氨基蒽醌、二氨基萘醌、二氨基吩嗪、二氨基苯甲酸和二氨基苯醌中的一种或几种。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸酐和二氨基化合物的摩尔比为1：1～2。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固相反应的温度为300～350℃，时间为4～12h。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷天天，王佳利，王刚，丁红，刘宸霄，刘鑫，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：