[发明专利]一种高性能有机正极材料及其在钾离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种高性能有机正极材料，高性能有机正极材料命名为PTCDI‑DAQ，结构式如下所示：本发明提供了一种新型有机小分子正极材料，并使之应用在钾离子半电池或全电池中，表现出优异的电化学性能，具有高比容量、高倍率性能、优异的稳定性等特性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种高性能有机正极材料及其在钾离子电池中的应用。

背景技术

目前商业化锂离子电池由于锂资源存量有限，正极含锂、含钴材料成本高昂、污染环境，难以大规模开展储能应用。当务之急是开发成本低廉、性能出色的其他二次电池体系。钾离子电池由于钾元素储量极其丰富，电化学性能与锂离子电池相近，是具有潜力的新型二次电池体系。当前，适用于钾离子电池的无机正负极材料都极其稀少。尽管基于无机电极材料的钾离子电池有一点进展，但是钾离子电池的能量密度、倍率性能、尤其是循环稳定性，都离实用化有非常大的距离。

由于有机材料成本极其低廉，在钾离子电池中使用具有电化学活性的有机电极材料能进一步降低钾离子电池生产成本。相比较无机电极材料，有机电极材料由于具备更空的固体晶格，从而能比无机材料更高效、稳定的存储钾离子。尽管如此，当前适用于钾离子电池的有机正、负极材料也极其稀少。

此外，当前基于有机正极材料和有机负极材料制备的有机钾离子全电池更是少有报道。且有机钾离子全电池的能量密度、倍率性能和循环稳定性有待进一步提高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了解决上述问题的一种高性能有机正极材料及其在钾离子电池中的应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高性能有机正极材料，高性能有机正极材料命名为PTCDI-DAQ，结构式如下所示：

一种高性能有机正极材料的制备方法，高性能有机正极材料PTCDI-DAQ是以3,4,9,10-苝四酸二酐和2-氨基蒽醌为原料进行反应获得：

进一步地，以醋酸锌为催化剂，在惰性气氛中催化3,4,9,10-苝四酸二酐和2-氨基蒽醌反应制备获得高性能有机正极材料PTCDI-DAQ。

进一步地，采用咪唑作为溶剂。

进一步地，将3,4,9,10-苝四酸二酐、2-氨基蒽醌和催化剂加入溶剂中，在惰性气氛条件下；先加热至100℃～120℃，保持1h～2h；继续加升温至130℃～150℃继续进行反应。

基于上述的高性能有机正极材料在钾离子电池中的应用。

一种正极片，以PTCDI-DAQ作为正极材料。

一种钾离子半电池，以PTCDI-DAQ作为正极材料或采用上述的正极片。

一种钾离子全电池，以PTCDI-DAQ作为正极材料或采用上述的正极片。

进一步地，所述钾离子全电池包括正极片和负极片，所述正极片的原料包括PTCDI-DAQ；所述负极片的活性有机负极材料包括K₄TP；所述负极片是以K₂TP为原料制成电极片后经电化学原位还原成K₄TP制备获得。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明提供了一种新型有机小分子正极材料，并使之应用在钾离子半电池或全电池中，表现出超优异的电化学性能，具有高比容量、高倍率性能、优异的稳定性等特性；制备基于此有机正极的全有机钾离子全电池，该全有机钾离子电池在能量密度、倍率性能和循环稳定性是当前世界最高水平。

附图说明