[发明专利]一种有机电极材料及其应用以及相应电池器件

说明书

本发明属于储能材料技术领域，公开了一种有机电极材料及其应用以及相应电池器件，其中有机电极材料为聚合物有机电极材料，具有如下所示的结构式；式中，R₁为具有推电子性质的基团或者为具有吸电子性质的基团，R₂也为具有推电子性质的基团或者为具有吸电子性质的基团，n为自然数；R₁、R₂不同时为‑H。本发明通过对聚噻吩进行接枝改性得到聚噻吩衍生物作为有机电极材料，可将其作为正极和/或负极应用，与现有技术相比能够有效解决聚噻吩放电比容量低、无法作为储能电池电极材料应用等问题。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，更具体地，涉及一种有机电极材料及其应用以及相应电池器件，该有机电极材料具体是一种接枝改性的聚噻吩聚合物，可作为氧化还原有机电极材料应用。

背景技术

随着人类社会的发展，工业化信息化进程加快，不可再生资源日趋耗竭，能源与环境问题日渐突出。可再生能源，如太阳能、风能以及潮汐能具有间歇性、随机性且分布不均等特点，难以直接使用。因此，亟需发展简单高效并且兼具能量密度和功率密度的电化学储能技术。锂离子电池由于具有高比容量、高循环寿命、安全性能好等一系列优点，深受广大研究者的青睐，近几十年在便携式电子产品、军事、电动汽车和航空航天等领域都得到了广泛应用。由于锂资源在全球存储的有限性，与锂离子电池具有相似工作原理的钠离子电池又逐渐进入人们的视野，钠离子电池作为一种新型的储能技术，资源丰富，成本低廉，环境友好，有望能够在电动汽车和大型电网储能领域大规模使用。

有机电极材料具有来源广泛、比容量高、环境友好且结构多样等特点，尤其是有机物具有的柔性骨架可以耐受大半径的阳离子嵌脱，理论上拥有更快的离子脱嵌速度，比较适合作为锂离子电池或者钠离子电池的电极材料使用。因此探索和发展新型有机电极材料是锂离子电池和钠离子电池发展的重要方向。

聚噻吩是一类由五元杂环构成的常见的导电聚合物材料，导电聚合物材料具有非常可逆的氧化还原活性和高理论比容量，而且可以通过调节掺杂度来调节其导电性。早在1982年就有关于聚噻吩作为正极材料的研究，但在实际电池体系中，聚噻吩掺杂率较低，因此导致其放电比容量也较低。考虑到将纯聚噻吩用于储能电池的电极材料存在困难，研究者们通常在噻吩环的三位或者四位上接上取代基团，由此调节它的电化学性质。新增的基团可以在一定程度上提高聚噻吩的掺杂度，同时也能够调节噻吩杂环局部电荷密度，从而改变电子离域特性，提高聚噻吩类材料作为氧化还原电极材料的电化学反应活性，从而获得较高的可逆容量、优异的倍率性能和出色的长循环性能。中国发明专利CN 106062032和CN101007866等将聚噻吩和聚噻吩衍生物如含有二硫键的有机化合物或烷氧基噻吩等作为锂电池的正极材料使用，但是在这些技术中，聚噻吩及其衍生物都不作为负极中的活性材料使用，而且也没有聚3,4-二甲基噻吩或聚3-氰基噻吩作为锂电池或钠电池电极材料使用的实例。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种有机电极材料及其应用以及相应电池器件，本发明通过对聚噻吩进行接枝改性得到聚噻吩衍生物作为有机电极材料，使其作为正极和/或负极应用时，与现有技术相比能够有效解决聚噻吩放电比容量低、无法作为储能电池电极材料应用等问题，并且以本发明中有机电极材料作为电极活性材料相应得到的电池器件，具有较高的放电比容量且具有较好的循环稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种有机电极材料，其特征在于，该有机电极材料为聚合物有机电极材料，具有如下所示的结构式：

式中，R₁为具有推电子性质的基团或者为具有吸电子性质的基团，R₂也为具有推电子性质的基团或者为具有吸电子性质的基团，n为自然数；并且，R₁、R₂不同时为-H。