具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于水系金属离子电池电极材料领域，具体涉及一种具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料及其制备方法和应用。在氮气氛下合成二羟基吩嗪，然后将其与邻苯二胺衍生物充分研磨后，在管式炉中烧结，冷却洗涤后得到中间体。再将中间体在酸性条件下氧化得到产物。该醌嗪类化合物分子结构中有多个碳氮双键和碳氧双键，氧化还原活性位点丰富且分散均匀。该醌嗪类化合物实现了高比容量、高材料利用率、优异的倍率性能和循环稳定性；同时，该醌嗪类化合物通过扩大具有共轭结构分子的方法，减小了化合物的溶解度，解决了有机电极材料易在电解液中溶解带来的电池稳定性问题。构建了具有容量高、循环稳定性好和储能密度高等优点的水系锌离子电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水系金属离子电池电极材料领域，具体涉及一种具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

1、近二十年来，化石能源消费的迅速增加及其对环境的负面影响促使人们探索可再生能源和更高效的能源储存技术。这些快速增长的需求促进了高性能储能电池的发展。锂离子电池拥有极高的能量密度，卓越的循环性能，优秀的电压平台，一经商业化就快速占领储能设备市场，但是锂离子电池使用的有机电解液有毒，成本较高，资源有限，无法满足市场的巨大需求。水系锌离子电池因其固有的安全性、较高的理论容量和环境友好性而成为研究的热点。

2、目前对于水系锌离子电池电极材料的研究主要集中在无机材料，其具有高容量、高能量密度和高功率密度等优点，但同时它们存在的问题也很多，例如资源短缺、环境污染、合成复杂和工艺能耗高等。此外，由于无机材料的刚性结构，循环过程中阳离子的嵌入/脱出会导致体积膨胀、相变，严重的甚至可能结构坍塌，导致容量衰减。这些问题导致无机材料用于电极方面的性能很难取得更高一层的突破。

3、与无极材料相比，有机材料的合成过程简便易行、易于规模化本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料，其特征在于，所述具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料选自苯并[b]喹喔啉并[2,3-i]吩嗪-6,8,13,15-四酮(I)、吡嗪并[2,3-b:5,6-b']二苯并-6,17-二酮(II)、6a,20a-吡嗪并[2,3-b]吡嗪并[2'，3'：6,7]喹喔啉并[2,3-i]吩嗪-6,8,10,17,19,21-己酮(Ⅲ)中的一种：

2.一种根据权利要求1所述的具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料的制备方法，其特征在于，所述有机电极材料的制备方法为：先采用酰胺化反应获得中间产物，然后在超临界状态下采用氧化法获得具有多活性位点的醌嗪类有机...

【技术特征摘要】

1.一种具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料，其特征在于，所述具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料选自苯并[b]喹喔啉并[2,3-i]吩嗪-6,8,13,15-四酮(i)、吡嗪并[2,3-b:5,6-b']二苯并-6,17-二酮(ii)、6a,20a-吡嗪并[2,3-b]吡嗪并[2'，3'：6,7]喹喔啉并[2,3-i]吩嗪-6,8,10,17,19,21-己酮(ⅲ)中的一种：

2.一种根据权利要求1所述的具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料的制备方法，其特征在于，所述有机电极材料的制备方法为：先采用酰胺化反应获得中间产物，然后在超临界状态下采用氧化法获得具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料；其中，中间产物的制备方法为：采用二羟基吩嗪和邻苯二胺衍生物的酰胺化反应或二羟基吩嗪和2,3-二氨基吩嗪的酰胺化反应制备中间产物。

3.根据权利要求2所述的具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料的制备方法，其特征在于，采用二羟基吩嗪和邻苯二胺衍生物合成醌嗪类有机电极材料的制备步骤如下：

4.根据权利要求2所述的具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料的制备方法，其特征在于，采用二羟基吩嗪和2,3-二氨基吩嗪反应合成醌嗪类有机电极材料的制备步骤如下：

5.根据权利要求3或4所述的具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，萘醌衍生物和邻苯二甲酰亚胺钾盐的摩尔比为1:2-1:4.5，萘醌衍生物选自2,3-二氯-1,4-萘醌或四氯萘醌；邻苯二胺和三氯化铁的摩尔比为5:4。

6.根据权利要求3或4所述的具有多活性位点的醌嗪类有机电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，邻苯二胺和对羟基苯醌的摩尔比为1:1～1:1.5；反应条件为：在110℃，连续回流搅拌反应10～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许娟，鲍尔东，李雄健，曹剑瑜，郭登峰，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：