[发明专利]新型共轭微孔有机聚合物及其合成与应用

说明书

本发明提供一种聚[1,3,5‑三(4‑二苯胺基苯基)三嗪]及其制备方法和应用，具有如式(I)所示结构式。将1,3,5‑三(4‑二苯胺基苯基)三嗪单体溶于氯仿中，加入氧化剂无水三氯化铁在氮气保护下于温度20～60℃充分反应10～100h，反应结束后加入甲醇使产物沉淀，过滤，然后真空干燥，得到式(I)所示的聚[1,3,5‑三(4‑二苯胺基苯基)三嗪]。此外，本发明还提供一种聚[1,3,5‑三(4‑二苯胺基苯基)三嗪]作为锂离子电池正极材料的应用。本发明构建了一种具有一定孔隙度和三维网络结构的新型共轭高分子材料，改善作为正极材料的电子传输性能，用本发明做锂电池正极与其他材料相比，具有优越的循环稳定性、显著的充放电电压平台、较高的充放电比容量。

技术领域

本发明涉及一种聚[1,3,5-三(4-二苯胺基苯基)三嗪](简称 PTDAPTz)共轭微孔有机聚合物材料及其合成方法，此方法合成的聚合物可应用于锂离子电池正极材料中。

背景技术

国际纯粹与应用学会(IUPAC)将多孔材料按照孔径的大小分为 3类：孔径小于2nm的材料为微孔材料，孔径在2nm-50nm之间的材料为介孔材料，孔径在50nm以上的材料为大孔材料。多孔有机聚合物是一类由有机结构单元通过共价键连接形成的具有微孔或介孔结构的新型高分子多孔材料。近年来，由于其高比表面积，通过单体即可容易修饰骨架结构和孔道尺寸等优点，成为科学家研究的热点。而共轭微孔有机聚合物(CMPs)是一类通过共轭体系来保持分子网络结构刚性的多孔有机聚合物。与其他微孔材料相比，CMPs的独特之处在于，π-π键在芳香基团直接周期性排列，体系固有的刚性可以产生小于2nm的永久微孔，在干态下将高比表面积与电子性能结合。除了在气体吸附、荧光探针和多相催化领域有广泛的应用外，在光电、储能等特殊领域有潜在的应用价值，特别是近年来，CMPs在有机半导体、锂电池、超级电容器等众多领域引起了关注。

在当今社会，随着便携式电子产品以及新能源汽车行业的迅速崛起，对于化学电源的能量密度和功率密度提出了较高的要求，然而现如今商品化应用的化学电源已越来越无法满足其要求，因此，进一步提高化学电源的能量密度和功率密度已经成为电池领域的热门课题。

目前市场上商业化应用的锂离子电池正极材料大多是过渡金属氧化物正极材料，比如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFeO₄和三元材料等，但是过渡金属资源稀缺，价格昂贵，污染环境，难以满足目前市场上对锂离子电池的需求。

近几年来，多孔有机聚合物作为一种新型的锂离子电池正极材料具有能量密度高、原材料资源丰富、可以灵活设计结构等优点，我们可以通过设计有机单体即可很容易修饰聚合物的骨架结构和孔道尺寸，而高的比表面积和微孔结构更有利于Li⁺的嵌入和脱出，从而获得高比能量和高电压的正极材料。更为重要的是多孔有机聚合物正极材料具有可降解再生的特性，是一种环境友好型材料。但是目前发现的多孔有机聚合物在锂离子电池正极材料应用的报道比较匮乏，因此，开发出更多高能量密度的多孔有机聚合物电池是现阶段的主要目标。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种具有高比表面积的聚[1,3,5-三(4- 二苯胺基苯基)三嗪]共轭微孔有机聚合物材料。

本发明的第二个目的是提供所述聚合物材料作为锂离子电池正极材料的应用，以提高电池的充放电循环性能。

本发明的第三个目的是提供由所述的具有高比表面积的聚 [1,3,5-三(4-二苯胺基苯基)三嗪]共轭微孔有机聚合物材料作为正极材料制得的锂离子电池，该锂离子电池具有良好的充放电循环性能。

本发明采用以下技术方案：

一种聚[1,3,5-三(4-二苯胺基苯基)三嗪]，具有如式(I)所示结构式：