[发明专利]一种新型正极材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种新型正极材料2,2’‑(1,4‑苯醌)、该正极材料的制备方法及其在锂离子电池中的应用，2,2’‑(1,4‑苯醌)是以2,2',5,5'‑四甲氧基联苯为原料，经氧化反应获得。本发明提供一种高比容量(501mAh·g^‑1)有机小分子二聚体正极材料并使之应用在锂离子电池中，利于提升锂离子电池的能量密度，并进一步降低锂离子电池的生产成本。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种新型正极材料、制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

目前商业化锂离子电池受制于正极材料的实际比容量(100～200mAh·g^-1)，导致整个电池的能量密度难以进一步提升。电池的能量密度＝工作电压(V)x实际比容量(mAh)/电池重量(g)。目前锂离子电池能量密度的瓶颈主要在于正极材料的比容量不够高，同时成本昂贵。

由于有机材料成本极其低廉，在锂离子电池中使用具有电化学活性的有机材料作为正极材料能进一步降低锂离子电池生产成本。当前，报道合成的、具备高比容量(>400mAh·g^-1)有机正极材料极其稀少，且要装配全有机锂离子电池，正极需要富锂有机材料，关于富锂有机正极材料的报道更为稀少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：锂离子电池能量密度的瓶颈主要在于正极材料，而关于高比容量的有机正极材料的报道较少，本发明提供了解决上述问题的一种新型正极材料、制备方法及其应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种新型正极材料，所述新型正极材料为2,2’-(1,4-苯醌)，所述2,2’-(1,4-苯醌)的结构式如下：

一种新型正极材料的制备方法，以2,2',5,5'-四甲氧基联苯为原料，经氧化反应获得2,2’-(1,4-苯醌)，反应式如下：

进一步地，将2,2',5,5'-四甲氧基联苯于惰性氛围加入到乙腈中溶解；将硝酸铈铵溶解在水中后，加入到上述乙腈溶液中，进行氧化反应，获得新型正极材料为2,2’-(1,4-苯醌)。

进一步地，所述2,2',5,5'-四甲氧基联苯的制备方法为：通过2-溴-1,4-二甲氧基苯和2,5-二甲氧基苯硼酸偶联反应生成2,2',5,5'-四甲氧基联苯。

进一步地，将2-溴-1,4-二甲氧基苯、2,5-二甲氧基苯硼酸、K₂CO₃和四三苯基膦钯加入惰性气体保护的容器中；然后加入除氧1,4-二氧六环和除氧水，惰性气体保护条件下进行回流反应，获得产物2,2',5,5'-四甲氧基联苯。

上述的新型正极材料在锂离子电池中的应用。

一种锂离子电池正极电极片，以2,2’-(1,4-苯醌)为正极材料。

进一步地，所述正极电极片包括正极材料2,2’-(1,4-苯醌)、导电材料和粘接剂，三者质量配比依次为40～70wt％、50～20wt％、10wt％。

一种锂离子全电池，以2,2’-(1,4-苯醌)为正极材料。

进一步地，所述锂离子全电池包括正极片和负极片，所述正极片的原料包括2,2’-(1,4-苯醌)，所述负极片的原料包括对苯二甲酸锂。