CN115505122B - 无溶剂法合成的亚胺类聚合物正极材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无溶剂法合成的亚胺类聚合物正极材料及其应用。本发明在无溶剂条件下，将2,3,5,6‑四(氨基)对苯醌加入至反应容器中，然后在保护气氛下，于180±5℃下搅拌反应得到聚合物正极材料。本发明具有实验方法简单、原材料价格低廉、绿色环保、等优点；所得到的材料为全新的结构，可以作为正极材料应用于水系锌离子电池中。
Description
技术领域
本发明属于水系锌离子电池材料技术领域，具体涉及一种亚胺类聚合物正极材料及其合成方法。
背景技术
在电极材料方面，目前大多采用的仍然是各类无机化合物，他们主要通过晶格结构发生的氧化还原态转变来储存电荷。在许多情况下，这些可逆反应的周期性点中和态依赖于特定的反离子补偿，而这往往受到无机化合物晶格的限制。这种特性导致无机材料对电解液的相容性较差，即同一种无机电极材料不能同时适用于不同的碱金属电解液。另外无机电极材料还存在加工困难，环境危害性等问题，这意味着他们的合成往往会需要更大的能耗，同时排放各类有毒废料，对可持续发展造成不利影响。
相比之下，有机材料显示出了独有的优势，为开发新一代储能技术提供了可能性。与无机电极材料储能机制不同，有机分子利用分子前线轨道储存电子，离子则分散在对电荷集中的原子附近。有机电极材料可分为赝电容型聚合物和电池型氧化还原化合物两类，后者通过特定化学键进行氧化还原反应，大幅提升电极储能容量，可分为：共轭羰基类，共轭亚胺类，共轭氰基类，有机二硫类，共轭偶氮类，氮氧自由基类，共轭氧醚类，共轭硫醚类等等。它们在有机电解液中的电化学反应通常是单步、单电子过程，过程中会产生自由基中间体。利用中间体反应活性高、动力学快等特点，电池型化合物具有快速的氧化还原反应动力学。但小分子自由基中间体带有高活性的未配对电子，容易与其它活性高的中间体形成二聚体，造成电极材料失活。此外，有机小分子的导电性差，电子在其内部的抽取效率低，从而造成储能器件倍率性差、难以在大电流密度下工作。
而聚合物作为有机材料的一个分支，在相当程度上解决了这些问题，聚合物因电子离域范围更广而比小分子化合物具有更高的导电性，同时保留了有机小分子材料的原有优势。另一方面，随着现代有机合成化学的发展，聚合物可以通过各种化学修饰路线来满足比容量、溶解度、结晶度、电子/离子电导率和机械性能等方面要求。
发明内容
本发明的目的提供一种亚胺类聚合物正极材料及其合成方法和应用。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种聚合物正极材料(PTABQ)，其结构式如下：
本发明还提供上述聚合物正极材料(PTABQ)的合成方法，包括：
将2,3,5,6-四(氨基)对苯醌加入至反应容器中，然后在保护气氛下，于180±5℃下搅拌反应的步骤，
进一步的，保护气氛为氮气。
进一步的，搅拌反应至少48小时。
本发明还提供了上述聚合物正极材料在水系锌离子电池中的用途。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的合成方法简便，利用2,3,5,6-四(氨基)对苯醌进行一步高温无溶剂法制备出聚合物正极材料(PTABQ)。该聚合物具有较好的容量。
附图说明
图1为聚合物正极材料(PTABQ)的红外光谱谱图。
图2为聚合物正极材料(PTABQ)的XRD谱图。
图3为基于PTABQ作为正极，以2M ZnSO4溶液为电解质的水系锌离子电池，在不同扫描速率下的CV图。
图4为基于PTABQ作为正极，以2M ZnSO4溶液为电解质的水系锌离子电池，在1A g-1的电流密度下的充放电曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例
聚合物正极材料(PTABQ)的合成，具体步骤如下：
将2,3,5,6-四(氨基)对苯醌(0.1g，0.59mmol)加入至25ml反应瓶中，然后在氮气氛围下，180℃下搅拌反应24h。然后将反应冷却至室温，分别用DMF(200mL),丙酮(200mL),去离子水(300mL)，无水乙醇(150mL)一次洗涤过滤纯化。将所得固体在真空烘箱中，50℃下烘干24h后得到PTABQ。
如图1所示，在3349和3292cm-1处N-H的红外吸收峰；1533cm-1处C＝N的红外吸收峰，证明了PTABQ的结构；
如图2所示，在13.5°和27.8°处显示出了结晶峰，证明了聚合物PTABQ的结晶性良好，具有良好的导电性。
如图3所示，以PTABQ为正极，锌片为负极，电解质为2M ZnSO4溶液组装的水系锌离子电池的电压窗口为1.6V，在扫描速率逐渐增加(从1mV-10mV)时，可以观察到一对氧化还原峰。
如图4所示，PTABQ在1A g-1的电流密度下的放电比容量为142mAh g-1，说明了本发明应用于水系锌离子电池有不错的前景。
Claims (5)
1.一种亚胺类聚合物正极材料，其特征在于，其结构式如下：
2.如权利要求1所述的聚合物正极材料的合成方法，其特征在于，包括：在无溶剂条件下，将2,3,5,6-四(氨基)对苯醌加入至反应容器中，然后在保护气氛下，于180℃下搅拌反应的步骤，
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，保护气氛为氮气。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，搅拌反应至少48小时。
5.如权利要求1所述的聚合物正极材料在水系锌离子电池中的用途。
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