[发明专利]一种有机富锂正极材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种有机富锂正极材料蒽‑9,10‑二[2‑(1,4‑苯酚锂)]，所述有机富锂正极材料是以蒽‑9,10‑二[2‑(1,4‑苯二酚)]为前驱体合成蒽‑9,10‑二[2‑(1,4‑苯酚锂)]，上述有机富锂正极材料在锂离子电池中的应用。本发明设计合成一种富锂的、高比容量(256mAh·g^‑1)有机小分子新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。使用有机材料分别作为正极和负极材料制备的高能量密度、有机锂离子全电池能进一步降低锂离子电池生产成本。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种有机富锂正极材料、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(200mAhg-1)有机富锂正极材料较少，且要装配全有机锂离子电池，正极需要富锂有机材料，关于有机富锂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富锂正极材料的报道较少，本发明提供了解决上述问题的一种有机富锂正极材料、制备方法及其应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种有机富锂正极材料，所述有机富锂正极材料为蒽-9,10-二[2-(1,4-苯酚锂)]，其结构式如下：

一种有机富锂正极材料的制备方法，以蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]为前驱体合成蒽-9,10-二[2-(1,4-苯酚锂)]，反应式如下：

进一步地，以蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]为前驱体，采用电化学法合成蒽-9,10-二[2-(1,4-苯酚锂)]。

进一步地，采用蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]作为正极材料制备电池正极电极片并装配锂离子半电池，进行放电还原，得到原位生成有机富锂正极材料的蒽-9,10-二[2-(1,4-苯酚锂)]。

进一步地，所述蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]的合成方法为：先将蒽-9,10-二[2-(1,4-二甲氧基苯)]溶解于二氯甲烷中，冷却处理；然后向蒽-9,10-二[2-(1,4-二甲氧基苯)]的二氯甲烷溶液中加入三溴化硼，搅拌处理；最后经水淬灭反应获得蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]。

本发明的前驱体蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]可通过蒽-9,10-二[2-(1,4-二甲氧基苯)]脱甲氧基、并替换为酚羟基制备获得，本发明具体给出一种采用三溴化硼作为脱甲氧基剂进行反应制备获得的方法，作为一种优选方案。反应温度从-78℃优化为0℃，可以大大提升蒽-9,10-二[2-(1,4-苯二酚)]的产率。