【技术实现步骤摘要】
本申请属于锂离子电池正极材料，更具体地，涉及一种单离子聚合物、其制备方法和在锂离子电池正极材料中的应用。
技术介绍
1、为了满足电子设备和电动汽车不断增长的动力需求，开发新的、可持续的、低成本的电池技术并提高储能性能至关重要。锂离子电池由于其综合性能而主导了当今的电化学储能市场。然而，传统的无机过渡金属氧化物正极材料如licoo2、lifepo4和linixcoymn1-x-yo2等存在比容量较低、资源有限、成本较高且污染环境等缺点，急需开发新的可持续锂离子正极材料。由丰富轻元素组成的有机化合物正极材料具有结构可设计、环境友好、成本较低等优点表现出巨大的潜力。
2、然而，基于小分子的有机电极材料在电解液中易于溶解导致电池容量衰减。基于聚合物的有机电极在一定程度上缓解了溶解问题，然而聚合物链间的缠结或堆积导致载流子传输受阻，极大地减缓了电极反应动力学并导致活性位点利用率下降。这极大的阻碍了它们在高电流密度下的电池性能，无法实现快速充放电的功率型有机锂离子电池的构建。因此，设法加快聚合物有机锂离子电池中的电子和离子传输对于构建超快充、高功率型有机锂离子电池具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于提供一种单离子聚合物、其制备方法和在锂离子电池正极材料中的应用，以解决聚合物有机锂离子电池正极材料所存的电极反应动力学缓慢、构建稳定的超快充、高功率型电极存在困难的问题。该材料展现出在高达10a/g(50c，充放电时间为72秒)的大电流密度下的超长循环稳
2、为实现上述目的，本申请提供了一种单离子聚合物，具有如式(一)所示的结构式，
3、
4、其中，n为2～20的整数。
5、按照本申请的另一个方面，提供了一种所述的单离子聚合物的制备方法，包括如下步骤：以2,5-二氨基苯磺酸锂与1,1'-二茂铁二甲醛为原料，在溶剂和催化剂存在的条件下，发生席夫碱反应制备得到如式(一)所示的单离子聚合物。
6、优选地，所述溶剂为正丁醇、均三甲苯和1,4-二噁烷中的一种或多种。
7、优选地，所述催化剂为乙酸。
8、优选地，所述2,5-二氨基苯磺酸锂的制备方法包括如下步骤：在惰性气氛下，将2,5-二氨基苯磺酸与一水合氢氧化锂溶解于水中，在室温下通过中和反应得到2,5-二氨基苯磺酸锂。
9、优选地，所述2,5-二氨基苯磺酸锂与1,1'-二茂铁二甲醛的摩尔比为0.8～1.5:1。
10、优选地，所述2,5-二氨基苯磺酸锂和1,1'-二茂铁二甲醛在反应体系中的浓度为0.05～0.1mol/l；所述催化剂在反应体系中的浓度为0～0.004mol/l。
11、优选地，所述席夫碱反应的温度为100～120℃，反应时间为48～72h。
12、按照本申请的另一个方面，提供了一种所述的单离子聚合物在制备锂离子电池正极材料中的应用。
13、按照本申请的另一个方面，提供了一种锂离子电池，包含正极材料，所述正极材料包含所述的单离子聚合物。
14、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
15、(1)本申请提出的基于单离子聚合物的有机锂离子电池正极材料，所选用的单离子聚合物为含有磺酸锂基团的聚合物，该聚合物以亚胺基团和二茂铁基团作为电化学活性位点，可实现多电子储存，提高较高的比容量。
16、(2)本申请基于单离子聚合物的有机锂离子电池正极材料，磺酸锂基团在此具有多重作用。一是作为锂源，防止在锂离子在电极层中耗尽，加快电极与电解质界面的离子传输；二是为通过磺酸锂基团与锂离子的相互作用为充放电过程中锂离子的传输提供一条更为快速、便捷的路径，并同时起到稳定充放电中间体的作用。
17、(3)本申请优选实施例中基于单离子聚合物的有机锂离子电池正极材料由于单离子基团的引入在10a/g(50c，充放电时间为72秒)的大电流密度下展现出超长的循环稳定性，在循环10000圈后容量保持率为100％，具有70mah/g的比容量。
18、(4)本申请的基于单离子聚合物的有机锂离子电池正极材料所展现出来的快速的电极反应动力学，有望应用于下一代超快充、高功率型锂离子电池正极材料中，并为超快充有机电极材料的设计提供指导。
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1.一种单离子聚合物，其特征在于，具有如式(一)所示的结构式，
2.如权利要求1所述的单离子聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以2,5-二氨基苯磺酸锂与1,1'-二茂铁二甲醛为原料，在溶剂和催化剂存在的条件下，发生席夫碱反应制备得到如式(一)所示的单离子聚合物。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为正丁醇、均三甲苯和1,4-二噁烷中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为乙酸。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2,5-二氨基苯磺酸锂的制备方法包括如下步骤：在惰性气氛下，将2,5-二氨基苯磺酸与一水合氢氧化锂溶解于水中，在室温下通过中和反应得到2,5-二氨基苯磺酸锂。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2,5-二氨基苯磺酸锂与1,1'-二茂铁二甲醛的摩尔比为0.8～1.5:1。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2,5-二氨基苯磺酸锂和1,1'-二茂铁二甲醛在反应体系中的浓度为0.05～0.1mol/L；所述
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述席夫碱反应的温度为100～120℃，反应时间为48～72h。
9.如权利要求1所述的单离子聚合物在制备锂离子电池正极材料中的应用。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包含正极材料，所述正极材料包含如权利要求1所述的单离子聚合物。
...【技术特征摘要】
1.一种单离子聚合物，其特征在于，具有如式(一)所示的结构式，
2.如权利要求1所述的单离子聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以2,5-二氨基苯磺酸锂与1,1'-二茂铁二甲醛为原料，在溶剂和催化剂存在的条件下，发生席夫碱反应制备得到如式(一)所示的单离子聚合物。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为正丁醇、均三甲苯和1,4-二噁烷中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为乙酸。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2,5-二氨基苯磺酸锂的制备方法包括如下步骤：在惰性气氛下，将2,5-二氨基苯磺酸与一水合氢氧化锂溶解于水中，在室温下通过中和反应得到2,5-...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛志刚，尹梦佳，周兴平，解孝林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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