一种聚醌脲有机正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚醌脲有机正极材料及其制备方法和应用，该聚醌脲有机正极材料具有特定的微观构型结构，可以稳定嵌入多价离子，适合用作多价离子电池正极材料，并且该聚醌脲有机正极材料难溶于电解液，应用于离子电池可有效抑制活性物质损失

【技术实现步骤摘要】
一种聚醌脲有机正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种聚醌脲有机正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]正极材料是离子电池的关键组成部分，决定着离子电池的电化学性能
。
应用较为广泛的正极材料主要是铁基
、
锰基和钒基化合物等无机正极材料
。
而有机正极材料是一类新兴的储能材料，具有资源广泛
、
结构可设计
、
易规模化生产
、
方便降解回收等优势，发展有机正极材料契合当今新型储能技术的需求和应用趋势，是实现替代金属矿产资源
、
开发新型储能设备的重要手段
。
有机正极材料有望成为离子电池的理想正极材料，在能量存储领域表现出巨大的应用潜力
。
[0003]目前，有机正极材料主要是在锂离子和钠离子等电池中具有一定的应用性能，然而适用于多价离子电池应用的有机正极材料结构却相对较少
。
在多价离子电池中，有机正极材料的比容量利用率
、
倍率和长循环等电化学性能并不理想
。
有机材料结构丰富
、
立体构型相对复杂，开发新结构有机正极材料使其更适合于多价离子的嵌脱对推动有机正极材料的发展和应用具有重要意义
。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种聚醌脲有机正极材料及其制备方法和应用
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种聚醌脲有机正极材料，该聚醌脲有机正极材料的结构式为：
[0007]其中，
n
为大于等于1的自然数
。
[0008]本专利技术还提供一种该聚醌脲有机正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：取
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与尿素溶于反应溶剂中，在惰性气体保护下加热进行缩合反应；待反应结束后进行抽滤，获得滤饼；用洗涤溶剂对所述滤饼进行洗涤后干燥，获得所述聚醌脲有机正极材料
。
[0009]进一步的，该方法具体包括以下步骤：按每克
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与
0.2
克～
1.0
克的尿素溶于
5mL
～
200mL
的反应溶剂的比例，取
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与尿素溶于反应溶剂中，在惰性气体保护下于
50℃
～
150℃
下反应
1h
～
48h
；待反应结束并冷却后进行抽滤，获得滤饼；用洗涤溶剂对所述滤饼洗涤后干燥得到黑色固体粉末，即得所述聚醌脲有机正极材料
。
[0010]进一步的，所述反应溶剂为甲醇
、
乙醇
、
异丙醇
、
正丁醇
、
吡啶或
N,N
‑
二甲基甲酰胺
。
[0011]进一步的，所述惰性气体为氮气
、
氦气或氩气
。
[0012]进一步的，所述洗涤溶剂为甲醇
、
乙醇
、
异丙醇
、
正丁醇
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
水中的一种或多种
。
[0013]本专利技术也提供如上述的聚醌脲有机正极材料在离子电池领域中的应用
。
[0014]相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
[0015]本专利技术提供一种聚醌脲有机正极材料及其制备方法和应用，该聚醌脲有机正极材料具有特定的微观结构，可以更稳定的嵌入多价离子，并且难溶于电解液，可有效抑制活性物质损失
。
该有机正极材料的制备方法简单，原料廉价
。
经实验证明，将该聚醌脲有机正极材料应用在锌离子电池中，在
0.02Ag
‑1电流密度下首圈放电比容量可以达到
154mAh g
‑1。
在
0.1Ag
‑1电流密度下初始放电比容量保持为
65mAh g
‑1，充放电循环
1000
次容量保持率为
57
％
。
附图说明
[0016]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制
。
[0017]图1为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料的
X
射线衍射图；
[0018]图2为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料的扫描电镜图；
[0019]图3为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料的红外光谱图；
[0020]图4为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料的
X
射线光电子能谱图；
[0021]图5为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料的热重谱图；
[0022]图6为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料在锌离子电池中的循环伏安曲线图；
[0023]图7为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料在锌离子电池在
0.02Ag
‑1、0.05Ag
‑1、0.1Ag
‑1、0.2Ag
‑1、0.5Ag
‑1、1Ag
‑1和
0.02Ag
‑1电流密度下的倍率性能；
[0024]图8为本专利技术实施例1所制备的聚醌脲有机正极材料在锌离子电池中
0.1Ag
‑1电流密度下经
1000
次充放电的长循环图
。
具体实施方式
[0025]由
技术介绍
可知，目前在多价离子电池中，有机正极材料存在比容量利用率
、
倍率和长循环等电化学性能并不理想，如实际比容量低
、
充放电容量衰减快速等的问题
。
[0026]本专利技术提供一种有机正极材料，该有机正极材料的结构式为：
[0027]其中，
n
为大于等于1的自然数
。
[0028]本专利技术还提供一种该有机正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：取
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与尿素溶于反应溶剂中，在惰性气体保护下加热进行缩合反应；待反应结束后进行抽滤，获得滤饼；用洗涤溶剂对所述滤饼进行洗涤后干燥，获得所述聚醌脲有机正极材料
。
[0029]该反应的合成路线图如下：
[0030][0031]进一步的，该方法具体包括以下步骤：按每克
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与
0.2
克～
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种聚醌脲有机正极材料，其特征在于，该聚醌脲有机正极材料的结构式为：其中，
n
为大于等于1的自然数
。2.
根据权利要求1所述的聚醌脲有机正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：取
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与尿素溶于反应溶剂中，在惰性气体保护下加热进行缩合反应；待反应结束后进行抽滤，获得滤饼；用洗涤溶剂对所述滤饼进行洗涤后干燥，获得所述聚醌脲有机正极材料
。3.
根据权利要求2所述的聚醌脲有机正极材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：按每克
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与
0.2
克～
1.0
克的尿素溶于
5mL
～
200mL
的反应溶剂的比例，取
2,3,4,6
‑
四氯苯醌与尿素溶于反应溶剂中，在惰性气体保护下于
50℃
～
150℃
下反应
1h
～<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，吴冬枚，赵文杰，王丽秋，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：