[发明专利]一种正极材料及含有该正极材料的锂离子电池

说明书

本发明公开一种正极材料及含有该正极材料的锂离子电池，所述正极材料为基于三中心四电子[N…Asupgt;n+/supgt;…N]桥联的二维卤键有机框架分子，其中，所述Asupgt;+/supgt;选自Isupgt;+/supgt;或n价金属离子；所述正极材料具有多孔结构。本发明的正极材料由于碘离子或n价金属离子以及吡啶(或咪唑等)基团的存在，具有大量可氧化还原位点，因而具有较高的比容量；同时由于具备多孔结构，因而可快速吸收大量电解液，以快速传输锂离子；本发明的正极材料还具有优异、稳定的二维周期性结构，进而提升了电池的循环性能。且本发明的正极材料具有高的氧化还原电位，能够提供高的放电电压平台，从而提高电池的能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料及其制备技术领域，具体涉及一种正极材料及含有该正极材料的锂离子电池，尤其涉及一种共价有机框架正极材料及其制备方法和含有该正极材料的电池。

背景技术

21世纪能源危机引起人们越来越多地关注，能源短缺和环境污染问题迫使科研人员不得不寻找其他可替代能源，如太阳能、风能、地热、生物能以及电池类储存器件成为人们关注的焦点。其中，电池类储存器件因具有能量存储与释放的双重角色，开发廉价、高效、新型的锂离子电池正极材料，以制备能量密度高、循环性能稳定的电池器件具有重要意义。

但是市场对于锂离子电池的存储密度以及可弯折性提出了更高的要求，因此，需要发展新的电极材料以满足上述需求。传统的锂离子电池正极材料主要是无机化合物，因受限于矿产储量开采的问题，致使以无机化合物作为正极材料的锂离子电池的发展受到了诸多限制。有机正极材料可以避免锂离子电池的储量问题，且具有绿色可持续性，是未来锂离子电池的理想正极材料。现阶段电活性有机正极材料大致可分为以下几类：导电聚合物、有机硫化合物、有机自由基化合物和有机羰基化合物。其中有机羰基化合物理论比容量高，因而受到了人们极大的关注。但是有机羰基化合物存在导电性差、循环稳定差的问题。因此，亟需开发出一种全新的有机正极材料，以兼具容量大和循环稳定性高的优势。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种正极材料、其制备方法和应用，所述正极材料为基于三中心四电子[N…Aⁿ⁺…N]桥联的二维A键有机框架分子，且具有多孔结构；本发明的正极材料由于Aⁿ⁺离子以及吡啶(或咪唑等)基团的存在，具有大量的可氧化还原位点，因而具有较高的比容量；同时由于具备多孔结构，因而可快速吸收大量电解液，以快速传输锂离子；本发明的正极材料还具有优异、稳定的二维周期性结构，进而提升了电池的循环性能。由此解决了以羰基材料作为正极材料时，有机锂离子电池导电性差、循环稳定差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种正极材料，所述正极材料为基于三中心四电子[N…Aⁿ⁺…N] 桥联的二维A键有机框架分子，其中，所述Aⁿ⁺选自I⁺或n价金属离子；所述正极材料具有多孔结构。

根据本发明，所述n价金属离子例如为贵金属离子，具体的可以为Au⁺、 Ru³⁺、Pt²⁺或其他贵金属离子。

根据本发明，所述正极材料包括下述式I至式IX所示结构片段中的一种：

式I至式IX中，Aⁿ⁺的定义同前，X₁选自不存在或者为二价基团，X₂选自三价基团，X₃选自四价基团。

根据本发明，当X₁选自不存在时，所述正极材料包括下述式Ia、式IIa或式IIIa所示结构片段中的一种：