[发明专利]萘酰亚胺类聚合物、其制备方法及在锂/钠电池中的应用

说明书

本发明公开一种萘酰亚胺类聚合物、其制备方法及在锂/钠电池中的应用，其中，萘酰亚胺类聚合物的合成过程如下：将萘酰亚胺和FeCl₃混合均匀后在研钵中进行固相研磨30‑50 min，或者在球磨罐中以转速为500‑1000 r/min球磨20‑30 min，球磨后的固体清洗、干燥，即得，或者将萘酰亚胺和FeCl₃溶于有机溶剂中，在保护气氛下室温搅拌36～50小时后洗涤，干燥，即得；R为、或。本发明所制备的聚萘酰亚胺类正极材料是大分子化合物，在具有相同活性羰基基团数目的同时具有更大的共轭体系，大大降低了材料在电解质中的溶解度，聚合之后热稳定性和电子导电率也得到改善，所装配的电池具有更好的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于钠离子电池与锂离子电池有机正极材料领域，具体涉及一种萘酰亚胺类聚合物、其制备方法及在锂/钠电池中的应用。

背景技术

为早日实现“碳达峰”和“碳中和”，必须大力发展太阳能、风能、潮汐能、地热能等可再生资源。但是这些清洁能源受到外界自然条件的限制，一般都具有随机性、间歇性、能量密度低等特点，如果将其产生的电能直接输入到电网，会对电网产生很大的冲击。这种情况下，大规模发展储能系统能够提升社会整体能量使用效率。在各种储能方式中，电化学储能具有投资少、效率高、应用灵活等优势，得到了广泛的研究与应用。其中，锂离子电池与钠离子电池成为应用最广泛和最有潜力的储能设备。对于电池来说，正极材料对于电池的能量密度和整体造价都有非常重要的作用，之前的研究工作主要集中在无机过渡金属正极材料上。相对来说，无机正极材料制备条件比较苛刻，需要在高温高压等反应条件下进行，工艺复杂重现性低，而且重金属的资源有限，过度使用会造成环境污染。况且经过几十年的发展，传统的无机正极材料已经进入发展瓶颈，在高容量与循环稳定性和安全性方面难以兼容。迫切需要开发绿色环保、资源丰富的新型电极材料。相比之下，有机正极材料也可以在锂/钠离子电池中显示出良好的电化学活性，除了具有较高的理论比容量外，还具有元素储量丰富、合成方法简便温和及分子结构灵活可控性强等优势。

常见的正极材料根据官能团划分为氮氧自由基、共轭羰基、有机硫化物等几类使用较多的有机小分子化合物。由于小分子化合物在有机溶剂中有一定的溶解性，在液态电解液中不可避免的会部分溶解，对电池的循环性能产生较大的影响。共轭羰基化合物具有快速反应动力学、良好的循环稳定性、较高的库伦效率与较好的倍率性能，得到大家的广泛关注。其中萘酰亚胺类化合物因其力学性能优异、热稳定性良好、还有良好的氧化还原稳定性而引起研究者兴趣。但作为小分子化合物，萘酰亚胺也具有在液态电解液中有一定溶解性的弊端。 为了克服这个问题，研究者采用掺杂无机物及与其他官能团反应聚合等方法来降低溶解性。本课题组在芳香化合物氧化偶联共聚方面有坚实的研究基础，由此本发明利用一种简便环保的固相反应，制备了萘酰亚胺的共轭聚合物，没有添加任何无关基团，一方面降低了其溶解性，一方面提高了其电子导电性。得到的聚萘酰亚胺制备正极材料，应用在锂/钠离子电池，为锂/钠离子电池提供了一类新型性能优良有机正极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种萘酰亚胺类聚合物、其制备方法及及在锂/钠电池中的应用。

本发明首先合成萘酰亚胺类化合物，然后聚合形成聚萘酰亚胺，制备成正极材料并将其应用到钠离子电池和锂离子电池中。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种萘酰亚胺类聚合物的制备方法，合成路线如下：

R为、或，

合成步骤如下：

（1）将1,8-萘二甲酸酐溶解在喹啉中，然后加入NH₂-R-NH₂，升温至115~125℃后加入二水合醋酸锌，搅拌反应完全，然后冷却至室温后抽滤，得到的固体洗涤，即得萘酰亚胺；