CN1326842C - 电极活性物质和使用该电极活性物质的电极以及使用该电极的电池 - Google Patents

电极活性物质和使用该电极活性物质的电极以及使用该电极的电池 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供具有高能量密度和稳定性优异的电池。使用了包含由下述通式(1)所示的具有二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物作为电极活性物质的电极，其中x、y、x’、y’分别独立地表示至少为0的整数，和二嗪环和苯环的稠合顺序可以是交替的或是随机的。取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示低聚物或聚合物的主链或侧链的一部分，其它独立地表示氢原子、卤素原子、或特定基团。

Description

电极活性物质和使用该电极活性物质的电极以及使用该电极的电池
技术领域
本发明涉及电极活性物质和使用该电极活性物质的电极，以及使用该电极的电池。
背景技术
电池使用在正极和负极中的氧化还原反应使化学能转化为电能以提取电能，或将电能转化为化学能以储存化学能，并在多种装置中用作电源。
近年来，随着便携电子设备的迅速普及，越来越需要具有高容量密度的电池。为满足需要，已经开发了具有单位电荷低质量的碱金属离子的电池。这其中，使用锂离子的电池得到了具体应用。这种锂离子电池分别使用含锂重金属氧化物和碳材料作为正极的和负极的活性物质，并使用锂离子相对于这些活性物质的嵌入反应和脱离反应进行电池的充电和放电。
然而，这种锂离子电池具体使用高比重的重金属化合物作为正极的活性物质。因此，其难以充分地增加单位质量的电池容量，因此对于锂离子电池而言，存在难以作为的高容量密度电池的问题。
因此，进行了使用更轻质的电极材料的大容量电池的开发。例如，美国专利4,833,048和日本专利公开2,715,778公开了采用电化学氧化还原反应的电池，通过使用具有二硫键的有机化合物作为正极的活性物质，基于二硫键的形成和解离。
尽管电池使用由低质量元素如硫和碳组成的有机化合物作为电极材料。因此，得到了构建成在某种程度上具有高容量密度的电池的效果，然而，发生解离的二硫键的结合效率低，因此所述电池具有充电和放电稳定性不足的问题。
也公开了使用导电性聚合物作为电极材料的电池，该电池作为使用有机化合物作为活性物质的电池。所述电池通过电解离子相对于导电性聚合物的掺杂反应和去掺杂反应进行充电和放电，其中掺杂反应定义为通过平衡离子稳定激发予如由导电性聚合物的电化学氧化还原反应生成的荷电孤立子和极化子的反应，另一方面，去掺杂反应定义为掺杂反应的逆反应，即电化学氧化或还原被平衡离子稳定的激发子的反应。
美国专利4,442,187公开了具有由这种导电性聚合物组成的正极或负极的电池。导电性聚合物由低质量元素如碳和氮组成，因此，该电池作为具有高容量密度的电池具有相当的吸引力。
然而，通常，导电性聚合物具有由电化学氧化还原反应生成的激发子在共轭的π电子体系的广泛区域内离域而相互影响的行为。因此，存在生成的激发子的浓度有限，从而电池的容量有限的问题。因此，电极材料为这种导电性聚合物的电池在容量密度增长方面仍不充分。
发明公开
为解决所虑情况中的问题，本发明提供能量密度高及充电和放电稳定性优异的电极活性物质和使用该电极活性物质的电极以及使用该电极的电池。
本发明提供包括具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物的电极活性物质，该化合物包含至少一个单价基团，该单价基团中有一个键，而不是下述通式(1)化合物中的取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个取代基。
Figure C0380874400141
在上述通式(1)中的x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数。二嗪环和苯环的稠合顺序可以是交替的或是随机的。取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示上述的键，其它独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基。当x至少为2时，各苯环上的Ra不一定相同，类似地，各苯环上的Rb不一定相同。当x′至少为2时，各苯环上的Rc不一定相同，类似地，各苯环上的Rd不一定相同。这些取代基中的一个或多个原子可被硫原子、硅原子、磷原子、或硼原子代替，并且在取代基之间可能形成环状结构。
优选化合物实质地不溶于电解液中。典型地，优选化合物实质地不溶于电解液中且具有能够维持形体的分子量。
该化合物可为具有通式(1)所示二嗪-N，N′-二氧化物结构的构成单位作为侧链的低聚物或聚合物化合物，其中例如低聚物的分子量为200到1000，聚合物的分子量为1000到500000。低聚物或聚合物化合物优选为共聚物。
化合物也可具有其中通过以下通式(9)所示连结基团A连结的结构代替低聚物或聚合物化合物。
A_B)Z(9)
其中A表示连结基团，其为具有单键和不饱和键的基团，B表示通式(1)的单价基团，z为至少为2的整数。典型地，在通式(9)中，z为2到10的整数，且连结基团A包括用键代替了具有5到14个碳的芳香族化合物中的z个氢的z价取代基，或包括含炔的二价基团。
另外，在本发明中，术语“连结基团”为与多个通式(1)所示单价基团形成单键的基团，并指形成不同于聚合物的结构的基团。
本发明还提供包含低聚物或聚合物的电极活性物质，其中低聚物或聚合物通过单体聚合形成，所述单体包括至少一个单价基团，该单价基团用一个键代替了通式(1)所示具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物的取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个。
本发明还提供包含具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物作为电极反应的至少放电反应中的反应物、反应产物、或中间产物的电极。
本发明还提供具有所述电极作为正极或负极中至少一个电极的电池。
本发明另外提供具有所述电极作为正极的电池。
本发明还提供具有所述电极作为正极或负极中至少一个电极的二次电池。
本发明还提供具有所述电极作为正极的二次电池。
本发明还提供具有所述电极作为正极或负极中至少一个电极的锂二次电池。
本发明还提供具有所述电极作为正极的锂二次电池。
本发明的发明人经过锐意研究发现：尽管只由低质量元素组成的化合物，之前并没有用作电极活性物质的特定的有机化合物，即，具有特定的二嗪-N，N′二氧化物结构的化合物可作为电极活性物质。
本发明可提供轻质和高容量密度的电极，并且当充电和放电时，通过包含具有这种特定的二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物而稳定地发挥作用。
在电极中包含具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物的共聚合的低聚物或共聚物作为活性物质，从而在充电和放电时能够提供稳定地发挥作用的电极。电池进一步由电极构成，因此能够提供具有高容量密度的电池。
所述电极还用作用于二次电池或锂二次电池的电池，从而能够提供具有高能量密度的二次电池或锂二次电池。
附图说明
图1为表示本发明的电池构成的实施例的示意图。
优选实施方案
图1表示本发明的实施方案的电池的构成。图1中所示电池的构成中正极5和负极3重叠并通过包含电解质的隔板4彼此相对。正极5设置在正极集电极6上，负极3设置在负极集电极1上，并且另外由绝缘物质如塑性树脂制成的绝缘包装2设置在负极集电极1和正极集电极6之间以免两个集电极电接触，所述绝缘包装2围绕在正极、负极、和隔板的外周。另外，如果使用固体电解质和凝胶电解质，这些电解质可夹在电极之间代替隔板。
在本实施方案中，具有通式(1)所示二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物作为用于负极3、正极5、或两者的活性物质。该化合物可为具有通式(1)所示二嗪N，N′-二氧化物结构的构成单位作为侧链的低聚物或聚合物化合物(在下文中，该化合物称为“具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的低聚物或聚合物化合物”)，或，代替该化合物的，可为与通式(9)所示连结基团A连结的二嗪-N，N′-二氧化物结构。
在本发明的电极活性物质指对电极反应如充电反应和放电反应作出直接贡献的物质，其在电池体系中起到主导作用。
在本发明中作为必须活性物质的具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的低聚物或聚合物化合物指具有包含至少一个单价基团的构成单位的低聚物或聚合物化合物，所述单价基团具有通式(1)所示二嗪-N，N′-二氧化物化合物中的一个环中的一个键。
本发明中的电池优选具有包含具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物作为正极活性物质的正极并且是包含锂离子作为电解阳离子的锂二次电池。
对于通式(1)中的取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd的卤素原子，可包括例如氟、氯、溴、碘等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
对于取代或未取代的烷基，可包括例如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、羟甲基、1-羟乙基、2-羟乙基、2-羟基异丁基、1，2-二羟基乙基、1，3-二羟基异丙基、2，3-二羟基叔丁基、1，2，3-三羟基丙基、氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1，2-二氯乙基、1，3-二氯异丙基、2，3-二氯叔丁基、1，2，3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、1，3-二溴异丙基、2，3-二溴叔丁基、1，2，3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1，2-二碘乙基、1，3-二碘异丙基、2，3-二碘叔丁基、1，2，3-三碘丙基、氨甲基、1-氨基乙基、2-氨基乙基、2-氨基异丁基、1，2-二氨基乙基、1，3-二氨基异丙基、2，3-二氨基叔丁基、1，2，3-三氨基丙基、氰甲基、1-氰基乙基、2-氰基乙基、2-氰基异丁基、1，2-二氰基乙基、1，3-二氰基异丙基、2，3-二氰基叔丁基、1，2，3-三氰基丙基、硝基甲基、1-硝基乙基、2-硝基乙基、2-硝基异丁基、1，2-二硝基乙基、1，3-二硝基异丙基、2，3-二硝基叔丁基、1，2，3-三硝基丙基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
对于取代或未取代的烯基团，可包括例如乙烯基、烯丙基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1，3-丁二烯、1-甲基乙烯基、苯乙烯基、2，2-二苯基乙烯基、1，2-二苯基乙烯基、1-甲基烯丙基、1，1-二甲基烯丙基、2-甲基烯丙基、1-苯基烯丙基、2-苯基烯丙基、3-苯基烯丙基、3，3-二苯基烯丙基、1，2-二甲基烯丙基、1-苯基-1-丁烯基、3-苯基-1-丁烯基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
对于取代或未取代的环烷基，可包括例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、4-甲基环己基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
对于取代或未取代的芳香烃基团，可包括例如苯基、1-萘基、2-萘基、9-芴基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、9-菲基、1-并四苯基、2-并四苯基、9-并四苯基、1-芘基、2-芘基、4-芘基、2-联苯基、3-联苯基、4-联苯基、对三联苯-4-基、对三联苯-3-基、对三联苯-2-基、间三联苯-4-基、间三联苯-3-基、间三联苯-2-基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、对叔丁基苯基、对-(2-苯丙基)苯基、3-甲基-2-萘基、4-甲基-1-萘基、4-甲基-1-蒽基、4′-甲基联苯基、4″-叔丁基-对三联苯-4-基、及其衍生物等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
对于取代或未取代的杂芳基，可包括例如1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、吡嗪基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基、1-吲哚基、2-吲哚基、3-吲哚基、4-吲哚基、5-吲哚基、6-吲哚基、7-吲哚基、1-异氮杂茚基、2-异氮杂茚基、3-异氮杂茚基、4-异氮杂茚基、5-异氮杂茚基、6-异氮杂茚基、7-异氮杂茚基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-苯并呋喃基、3-苯并呋喃基、4-苯并呋喃基、5-苯并呋喃基、6-苯并呋喃基、7-苯并呋喃基、1-异苯并呋喃基、3-异苯并呋喃基、4-异苯并呋喃基、5-异苯并呋喃基、6-异苯并呋喃基、7-异苯并呋喃基、2-喹啉基、3-喹啉基、4-喹啉基、5-喹啉基、6-喹啉基、7-喹啉基、8-喹啉基、1-异喹啉基、3-异喹啉基、4-异喹啉基、5-异喹啉基、6-异喹啉基、7-异喹啉基、8-异喹啉基、2-喹喔啉基、5-喹喔啉基、6-喹喔啉基、1-咔唑基、2-咔唑基、3-咔唑基、4-咔唑基、9-咔唑基、1-菲啶基、2-菲啶基、3-菲啶基、4-菲啶基、6-菲啶基、7-菲啶基、8-菲啶基、9-菲啶基、10-菲啶基、1-吖啶基、2-吖啶基、3-吖啶基、4-吖啶基、9-吖啶基、1，7-菲咯啉-2-基、1，7-菲咯啉-3-基、1，7-菲咯啉-4-基、1，7-菲咯啉-5-基、1，7-菲咯啉-6-基、1，7-菲咯啉-8-基、1，7-菲咯啉-9-基、1，7-菲咯啉-10-基、1，8-菲咯啉-2-基、1，8-菲咯啉-3-基、1，8-菲咯啉-4-基、1，8-菲咯啉-5-基、1，8-菲咯啉-6-基、1，8-菲咯啉-7-基、1，8-菲咯啉-9-基、1，8-菲咯啉-10-基、1，9-菲咯啉-2-基、1，9-菲咯啉-3-基、1，9-菲咯啉-4-基、1，9-菲咯啉-5-基、1，9-菲咯啉-6-基、1，9-菲咯啉-7-基、1，9-菲咯啉-8-基、1，9-菲咯啉-10-基、1，10-菲咯啉-2-基、1，10-菲咯啉-3-基、1，10-菲咯啉-4-基、1，10-菲咯啉-5-基、2，9-菲咯啉-1-基、2，9-菲咯啉-3-基、2，9-菲咯啉-4-基、2，9-菲咯啉-5-基、2，9-菲咯啉-6-基、2，9-菲咯啉-7-基、2，9-菲咯啉-8-基、2，9-菲咯啉-10-基、2，8-菲咯啉-1-基、2，8-菲咯啉-3-基、2，8-菲咯啉-4-基、2，8-菲咯啉-5-基、2，8-菲咯啉-6-基、2，8-菲咯啉-7-基、2，8-菲咯啉-9-基、2，8-菲咯啉-10-基、2，7-菲咯啉-1-基、2，7-菲咯啉-3-基、2，7-菲咯啉-4-基、2，7-菲咯啉-5-基、2，7-菲咯啉-6-基、2，7-菲咯啉-8-基、2，7-菲咯啉-9-基、2，7-菲咯啉-10-基、1-酚嗪基、2-酚嗪基、1-酚噻嗪基、2-酚噻嗪基、3-酚噻嗪基、4-酚噻嗪基、10-酚噻嗪基、1-酚_嗪基、2-酚_嗪基、3-酚_嗪基、4-酚_嗪基、10-酚_嗪基、2-_唑基、4-_唑基、5-_唑基、2-_二唑基、5-_二唑基、3-呋咱基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-甲基吡咯-1-基、2-甲基吡咯-3-基、2-甲基吡咯-4-基、2-甲基吡咯-5-基、3-甲基吡咯-1-基、3-甲基吡咯-2-基、3-甲基吡咯-4-基、3-甲基吡咯-5-基、2-叔丁基吡咯-4-基、3-(2-苯丙基)吡咯-1-基、2-甲基-1-吲哚基、4-甲基-1-吲哚基、2-甲基-3-吲哚基、4-甲基-3-吲哚基、2-叔丁基-1-吲哚基、4-叔丁基-1-吲哚基、2-叔丁基-3-吲哚基、4-叔丁基-3-吲哚基、及其衍生物等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
对于取代或未取代的芳烷基，可包括例如苄基、1-苯乙基、2-苯乙基、1-苯基异丙基、2-苯基异丙基、2-苯基异丙基、苯基叔丁基、α-萘基甲基、1-α-萘基乙基、2-α-萘基乙基、1-α-萘基异丙基、2-α-萘基异丙基、β-萘基甲基、1-β-萘基乙基、2-β-萘基乙基、1-β-萘基异丙基、2-β-萘基异丙基、1-吡咯基甲基、2-(1-吡咯基)乙基、对甲苄基、间甲苄基、邻甲苄基、对氯苄基、间氯苄基、邻氯苄基、对溴苄基、间溴苄基、邻溴苄基、对碘苄基、间碘苄基、邻碘苄基、对羟基苄基、间羟基苄基、邻羟基苄基、对氨基苄基、间氨基苄基、邻氨基苄基、对硝基苄基、间硝基苄基、邻硝基苄基、对氰基苄基、间氰基苄基、邻氰基苄基、1-羟基-2-苯基异丙基、1-氯-2-苯基异丙基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
取代或未取代的氨基也可由-NX1X2表示，对于取代基X1和X2可独立地包括例如氢原子、上述取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基团、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
取代或未取代的烷氧基以及取代或未取代的烷氧羰基可由-OX3和-COOX4表示，对于取代基X3和X4分别包括例如上述的取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳烷基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
取代或未取代的芳氧基以及取代或未取代的芳氧羰基也可分别由-OX5和-COOX6表示，对于取代基X5和X6分别包括例如上述的取代或未取代的芳烃基、取代或未取代的杂芳基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
取代或未取代的酰基以及取代或未取代的酰氧基也可分别由-C(＝O)X7和-OC(＝)X8表示，对于取代基X7和X8，可包括例如氢原子、上述取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基等，并可独立地使用它们的单一基团或两个以上基团组合使用。
同样对于形成环的二价基团的例子，可包括1，4-亚丁基、1，5-亚戊基、1，6-亚己基、二苯甲烷-2，2′-二基、二苯乙烷-3，3′-二基、二苯丙烷-4，4′-二基、1，3-丁二烯-1，4-二基、及其衍生物等。
上述取代基的至少一个原子也可被硫原子、硅原子、磷原子、或硼原子取代。对于由硫原子取代的基团，可包括例如其中含氧基团如羟基、羧基、烷氧基、烷氧羰基、芳氧基、芳氧羰基、酰基、酰氧基的氧原子被硫原子取代的取代基。对于取代基的例子可包括缩硫醇基团、二硫代羧基、羟基(硫代羰基)基团、缩硫醇羰基团、甲硫基团、甲氧基硫代羰基、甲基硫代羰基、甲基二硫代羰基、苯硫基、苯氧硫代羰基、苯基硫代羰基、苯基二硫基羰基、甲基硫代羰基、苯基硫代羰基等。对于由硅原子取代的基团，可包括例如其中硅原子代替上述烷基、烯基、环烷基、和芳烷基的碳原子的取代基。对于取代基的例子可包括甲硅烷基、甲基甲硅烷基、甲硅烷基甲基、乙基甲硅烷基、(甲基甲硅烷基)甲基、二甲基甲硅烷基、三甲基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、三异丙基甲硅烷基等。对于由磷原子取代的基团，可包括例如其中磷原子代替上述氨基的氮原子的取代基。对于取代基的例子，可包括膦基、三甲基膦基、三苯基膦基等。对于由硼原子取代的基团，可包括例如其中磷原子代替上述氨基的氮原子的取代基。对于取代基的例子，可包括二甲基硼烷基、二苯基硼烷基等。
对于通式(9)中连结基团A的芳香族化合物的例子，可包括苯、萘、薁、亚联苯基、茚、苊、蒽、噻吩、噻蒽、呋喃、吡喃、吡咯、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、三嗪、吲哚、喹啉、异喹啉、2，3-二氮杂萘、1，5-二氮杂萘、喹喔啉、咔唑、菲啶、吖啶、吩嗪、菲咯啉、吩_嗪等。
对于通式(9)中连结基团A的包含炔的二价基团的例子，可包括亚乙炔基和亚丁炔基。
另外，本发明中具有通过连结基团A连结的二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物可通过已知的将相应的二嗪衍生物与给定连结基团连接的方法并随后进行氧化等合成方法生产。
本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物在电极中可作为电极活性物质，并在电极反应的放电反应中，或在放电反应和充电反应中作为电极中的反应物、反应产物、或中间产物。具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物中的二嗪-N，N′-二氧化物环被认为具有下述作为电极方程式的化学反应式(A)所示的氧化还原反应，其中化学反应式(A)只表示二嗪-N，N′-二氧化物环部分。
特别是，可期望使用化学反应式(A)的化合物(III)和化合物(IV)之间的单电子氧化还原反应、化合物(III)和化合物(II)之间的单电子氧化还原反应、化合物(II)和化合物(II)之间的双电子氧化还原反应。
在本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的低聚物或聚合物化合物可为通过使具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的单体单独聚合形成的均聚物，或可为与其它单体一起形成的共聚物。
优选本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物在电解液中的溶解度尽可能低，也就是说，优选溶解度差或不溶解。化合物在电解液中例如在100g电解液用溶剂如异丙二醇碳酸酯中的溶解度至多为1g，更优选至多为0.5g，更优选至多为0.1g。
从在电解液的溶解度的角度考虑，具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物的分子量优选是大的，然而，从在生产中使通式(1)所示二嗪骨架结构在反应溶剂中的溶解度的角度看，优选x+y+x′+y′≤20，更优选x+y+x′+y′≤10。凝胶渗透色谱(GPC)(标准样品：聚苯乙烯)得到的低聚物或聚合物的重均分子量优选至多为200,000，更优选至多为100,000。
本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的低聚物或聚合物化合物可通过已知的合成方法生产，其中用相应的二嗪衍生物代替烯烃进行例如自由基聚合，形成低聚物或聚合物，并使用过氧化物或过酸使其氧化。例如，在Iranian Journal of Science & Technology，1987年，第11卷，第1期，第27-34页中描述的聚(2-乙烯基吡嗪-N，N′-二氧化物)合成方法。
如上所述，优选本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的低聚物或聚合物化合物在电解液中的溶解度是低的。如果分子量太大，二嗪环难以氧化并且精制困难，有可能引起容量减少。因此，期望分子量在上述范围内。
对于本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的低聚物或聚合物化合物的具体例子，可包括由化学式(2)到(8)化合物，然而，只要不超过上述要旨，本发明不限于这些化合物。
Figure C0380874400241
Figure C0380874400261
如上所述，在本发明中具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物也可具有与通式(9)所示连结基团A连结的结构。作为化合物的具体例子，可包括以下化学式(10)和(11)化合物，然而，只要不超过上述要旨，本发明不限于这些化合物。
Figure C0380874400271
下面描述其它活性物质。
在本发明中包含具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物作为正负两个电极或任何一个电极的活性物质的电池中，具有二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物与基于金属氧化物的活性物质比较具有低质量密度的特征，因此，具有出众的容量密度，优选用作正极的活性物质。在本发明的这种电池中，当具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物用作一个电极的活性物质时，可使用下述公知的材料用作另一个电极的活性物质。也可将通常公知的活性物质与具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物混和作为复合活性物质用于两个电极或任何一个电极。
当具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物用作负极的活性物质时，可使用金属氧化物粒子、二硫化物化合物、导电性聚合物等用作正极的活性物质。金属氧化物包括具有针状结构的锰酸锂如LiMnO2和LixMn2O4(0＜x＜2)、MnO2、LiCoO2、LiNiO2、LixV2O5(0＜x＜2)等；二硫化物化合物包括乙二硫醇、2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、S-三嗪-2，4，6-三硫醇等；导电性聚合物包括聚乙炔、聚苯、聚苯胺、聚吡咯等。这些正极活性物质可以以它们单一的物质使用或至少两种物质组合使用。另外，通常公知的活性物质和具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物可组合用作复合活性物质。
然而，当具有二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物用作正极活性物质，可使用石墨、无定形碳、金属锂、锂合金、吸藏锂离子的碳、导电性聚合物等作为负极活性物质，可使用它们的单一物质或至少两种材料的组合。
另外，对活性物质的形状没有具体限制，例如，不仅可使用薄膜形状，而且可使用散装形状、硬粉末状、纤维状、片状等的金属锂和锂合金。
在本发明中，当形成包含具有二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物的电极时，可将导电性辅助材料和离子传导辅助材料混和以降低电阻。对于导电性辅助材料，可包括碳的细颗粒如石墨、炭黑、乙炔碳黑等和导电性聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、多并苯等。对于离子传导辅助材料，可包括凝胶电解质和固体电解质。
在本发明中，还可在电极材料中混和粘合剂以增强电极中每种组成材料之间的结合。对于这种粘合剂，可包括树脂粘合剂如聚偏二氟乙烯、1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、1，1-二氟乙烯-四氟化物-四氟乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚型橡胶、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺等。
在本发明中，还可向电极材料中混和用于促进氧化还原反应的催化剂，以顺利地进行电极反应。对于这种催化剂，可包括导电性聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、多并苯；碱性化合物如吡啶衍生物、吡咯烷酮衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并噻唑衍生物、吖啶衍生物、和金属离子络合物等。
在本发明中，可使用金属箔和金属板如镍、铝、铜、金、银、铝合金和不锈钢、网格型电极、碳电极等作为负极集电极1和正极集电极6。这种集电极可具有催化作用，并可在活性物质和集电极之间建立化学结合。由塑性树脂等组成的绝缘包装2等可设置在负极集电极1和正极集电极6之间，以防止两个集电极之间的电接触。
作为用于预防正极5和负极3之间接触的隔板，可使用多孔膜和非织造织物。
以下描述电解质。
本发明中的电解质负责电极之间荷电载体的输送，通常，期望具有在室温下为1×10-5到1×10-1S/cm的离子传导性。本发明中的电解质可使用例如将电解质盐溶解于溶剂中形成的电解液。
对于这种电解质盐，可使用例如公知的常规物质如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、Li(CF3SO2)3C、Li(C2F5SO2)3C。
对于电解质盐的溶剂，可使用有机溶剂如碳酸乙二酯、异丙二醇碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基乙基酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、
二氧戊环、环丁砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、和N-甲基-2-吡咯烷酮。另外，在本发明中这些溶剂可以以单一的一种物质使用或以至少两种物质的混和溶剂使用。
在本发明中，也可使用聚合物电解质。聚合物电解质的使用状态可为其中在聚合物中包含电解液的凝胶状态，或使用聚合物本身未经任何改变用作固体电解质。
对于这种聚合物化合物，可包括基于1，1-二氟乙烯的聚合物化合物如聚偏二氟乙烯、1，1-二氟乙烯-乙烯共聚物、1，1-二氟乙烯-单氟乙烯共聚物、1，1-二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、1，1-二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三共聚物；基于丙烯腈的聚合物化合物如丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯腈-甲基丙烯酸乙酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸乙酯共聚物、丙烯腈-甲基丙烯酸共聚物、丙烯腈-丙烯酸共聚物、和丙烯腈-乙酸乙烯酯共聚物；聚环氧乙烷、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、及其丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯等，这些可以以单一的一种物质使用或使至少两种物质组合使用。
在本发明中，也可使用无机固体电解质。对于无机固体电解质，可包括CaF2、AgI、LiF、β氧化铝、玻璃物质等。
考虑到离子传导性水平，优选电解液和凝胶电解质用作本发明的电池的电解质，特别优选电解液。当在电解液中溶解度低的具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物用作活性物质时，优选电解液用作电解质。然而，当在电解液中溶解度比较高的具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物用作活性物质时，可使用固体电解质，使具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物难以溶解到电解质中。
对本发明的电池的形状和外观没有具体限制，可采用公知的常规的电池。即，对于本发明中这种电池的形状，可包括例如其中用包括金属箔如铝箔和合成树脂膜的金属外壳、树脂外壳、或层压膜等使电极层压产品或轧制产品封闭的产品。对于电池的外观，可包括圆筒形、矩形、硬币形、片形等。
在本发明中，对正极和负极的层压形式没有具体限制，它们可通过给定的层压方法形成。例如，可使用多层层压体、在集电极的两个表面上层压的合并体形式、和使用卷曲的形式。
在本发明中，对电极和电池的生产方法没有具体限制，可采用公知的常规方法。
对于生产电极的方法，可包括例如，其中将溶剂加到电极的构成材料中以形成淤浆状态，然后将其施用于电极集电极上的方法；其中将粘结剂树脂加到电极的构成材料中，然后在所述材料上施加压力使其变硬的方法；其中使电极的构成材料经过加热烧结的方法。
电池的生产方法可包括通过隔板用相反极性的电极层压制备的电极，另外轧制层压制品，用外部包装包扎轧制产品，然后通过注入电解液密封。
代替上述的生产方法，电池的生产方法可包括将准备好的电极经过隔板与相反极性的电极进行层压，将该层压产品卷曲，然后包入外包装，然后通过注入电解液密封。
另外，在生产本发明的电池的过程中，可使用未经任何改变的具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物，或使用能够通过电极反应转化为二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物，也就是其中二嗪-N，N′-二氧化物结构的二嗪-N，N′-二氧化物环具有由化学反应式(A)所示化合物(I)、(II)、(IV)、或(V)的分子结构的化合物。
实施例
以下使用实施例更具体地描述本发明，然而，本发明不受这些实施例的限制。
(实施例1)
量取25mg的具有化学式(2)所示二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量5E4)、200mg的粉末石墨、和25mg的聚四氟乙烯树脂粘合剂并在玛瑙研钵中混和。通过于混合约10分钟得到的混合物通过施加压力的辊进行压延，得到厚度为215μm的薄电极板。该薄电极板在真空下在80℃的温度下干燥之后，将薄电极板穿孔成为直径为12mm的环以得到电极成形体。
然后，将得到的电极成形体浸入电解液中以使电解液浸入电极成形体中的空隙中。电解液使用包含1mol/L的LiPF6电解质盐的碳酸乙二酯/碳酸二乙酯的混合溶液(混合比例3∶7(以体积计))。将浸有电解液的电极成形体设置在正极集电极(铝箔)上作为正极，以类似方式在其上面层压浸有电解液的多孔膜隔板。另外层压金属锂板作为负极，和在覆盖负极集电极(铜箔)之前放置框架形状的绝缘包装。用填缝机对得到的层压产品施加压力，获得密封型的硬币型电池。
在如上所述制备的电池中，使用铝箔的正极和附着有锂的铜箔的负极在0.1mA的恒定电流进行充电，所述铝箔正极形成包含具有化学式(2)所示二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物的电极，在电压升高到4.5V时，进行放电。放电电流与充电时相同，为0.1mA。结果，确定了电压的平坦部分为约4.0V，证实了其可用作电池。计算每一克活性物质的容量为118毫安。
另外，对于得到的电池，测量其重复充电和放电时电压变化。因此，即使当充电和放电重复操作十次时，电压的平坦部分为约4.0V，证实了该电池甚至可作为二次电池。
(比较实施例1)
除了使用25mg的粉末石墨代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极，并与实施例1相同，使用电解质、隔板、正极集电极和负极集电极制备电池。
使用上述方式制备的电池，以与实施例1相同的方法进行放电。结果是，电压迅速下降，从而该电池不足以作为电池。
当对电池施加0.1mA的恒定电流进行充电时，电压即刻上升超过4.5V。然而，当在进行电池的放电时，在电压曲线上找不到平坦部分，从而该电池不能作为二次电池。
(比较实施例2)
除了使用25mg的LiCoO2代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极，并与实施例1相同，使用电解质、隔板、正极集电极和负极集电极制备电池。
使用上述制备的电池，以与实施例1相同的方法进行充电和放电，计算每一克活性物质的容量为96毫安。
(实施例2)
除了使用化学式(3)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量4E4)代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.7V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为103毫安。
(实施例3)
除了使用化学式(4)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量4.5E4)代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.7V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为101毫安。
(实施例4)
除了使用化学式(5)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量5E4)代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.6V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为115毫安。
(实施例5)
除了使用化学式(6)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量42000)代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.6V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为103毫安。
(实施例6)
除了使用化学式(7)所示具有二嗪-N，N′-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量15000)代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.7V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为120毫安。
(实施例7)
除了使用化学式(8)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物(重均分子量18000)代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.5V，从而证明该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为117毫安。
(实施例8)
除了使用化学式(10)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.8V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为139毫安。
(实施例9)
除了使用化学式(11)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物代替实施例1中使用的化学式(2)所示具有二嗪-N，N’-二氧化物结构作为侧链的聚合物化合物之外，以与实施例1相同的方法制备电极和使用该电极的电池。
以与实施例1相同的方式对得到的电池进行充电和放电。结果是，在本实施例的电池中电压的平坦部分为约3.6V，从而证实了该电池可以作为电池。
另外，以与实施例1相同的方式测量了重复充电和放电时电压的变化。同样在本实施例的电池中可重复进行10个循环的充电和放电，证明这些电池可作为二次电池。计算每一克活性物质的容量为198毫安。
工业实用性
根据本发明，可通过包含具有特定的二嗪-N，N’-二氧化物结构的化合物作为至少包括正极、负极、和电解质作为构成单位的电池中的正极和负极或任一个电极的活性物质，可得到高容量密度和充电和放电稳定性优异的电池。

Claims (42)

1.一种电极活性物质，其为具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物，其中电极活性物质包括在侧链上含有至少一个单价基团的低聚物化合物或聚合物化合物，所述单价基团在下述通式(1)所示二嗪-N，N’-二氧化物结构的环上具有一个键，
其中x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数，二嗪环和苯环的稠合顺序是交替的或是随机的，取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示至少一个具有一个键的单价基团，其它取代基独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基，当x至少为2时，各苯环上的Ra相同或不同，各苯环上的Rb相同或不同，并且当x′至少为2时，各苯环上的Rc相同或不同，各苯环上的Rd相同或不同。
2.权利要求1的电极活性物质，其中所述取代基的至少一个原子被硫原子、硅原子、磷原子或硼原子置换。
3.权利要求1的电极活性物质，其中所述取代基形成环结构。
4.权利要求1的电极活性物质，其中所述化合物实质上不溶于电解液。
5.权利要求1的电极活性物质，其中所述低聚物化合物的分子量为200到1000。
6.权利要求1的电极活性物质，其中所述聚合物化合物的分子量为1000到500000。
7.权利要求1的电极活性物质，其中所述低聚物化合物或聚合物化合物为共聚物。
8.一种电极活性物质，其包含具有下述通式(1)所示二嗪-N，N’-二氧化物结构且具有其中二嗪-N，N’-二氧化物结构通过下述通式(9)所示连结基团A连结的结构的化合物，术语“连结基团”为与多个通式(1)所示单价基团形成单键的基团，并指形成不同于聚合物的结构的基团，
其中x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数，二嗪环和苯环的稠合顺序是交替的或是随机的，取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示至少一个具有一个键的单价基团，其它取代基独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基，当x至少为2时，各苯环上的Ra相同或不同，各苯环上的Rb相同或不同，并且当x′至少为2时，各苯环上的Rc相同或不同，各苯环上的Rd相同或不同，
A_B)Z(9)
其中A为连结基团且表示具有单键或不饱和键的基团，B表示通式(1)所示的单价基团，和z表示至少为2的整数。
9.权利要求8的电极活性物质，其中在通式(9)中，z为2到10的整数，且连结基团A包括用键代替了具有5到14个碳的芳香族化合物中的z个氢的z价取代基、或包含炔的二价基团。
10.权利要求8的电极活性物质，其中所述取代基的至少一个原子被硫原子、硅原子、磷原子或硼原子置换。
11.权利要求8的电极活性物质，其中所述取代基形成环结构。
12.权利要求8的电极活性物质，其中所述化合物实质上不溶于电解液。
13.权利要求8的电极活性物质，其中通式(1)所示的二嗪骨架结构满足x+y+x’+y’≤20的条件。
14.权利要求8的电极活性物质，其进一步包括促进氧化还原反应的催化剂。
15.一种电极，其含有低聚物化合物或聚合物化合物在电极反应的至少放电反应中作为反应物、反应产物、或中间产物，该低聚物化合物或聚合物化合物为具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物，在侧链上含有至少一个单价基团，所述单价基团在下述通式(1)所示二嗪-N，N′-二氧化物结构的环上具有一个键，
其中x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数，二嗪环和苯环的稠合顺序是交替的或是随机的，取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示至少一个具有一个键的单价基团，其它取代基独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基，当x至少为2时，各苯环上的Ra相同或不同，各苯环上的Rb相同或不同，并且当x′至少为2时，各苯环上的Rc相同或不同，各苯环上的Rd相同或不同。
16.权利要求15的电极，其中所述取代基的至少一个原子被硫原子、硅原子、磷原子或硼原子置换。
17.权利要求15的电极，其中所述取代基形成环结构。
18.权利要求15的电极，其中所述化合物实质上不溶于电解液。
19.权利要求15的电极，其中所述低聚物化合物的分子量为200到1000。
20.权利要求15的电极，其中所述聚合物化合物的分子量为1000到500000。
21.权利要求15的电极，其中所述低聚物化合物或聚合物化合物为共聚物。
22.一种电极，其含有在电极反应的至少放电反应中作为反应物、反应产物、或中间产物的化合物，该化合物具有下述通式(1)所示二嗪-N，N’-二氧化物结构且具有其中二嗪-N，N’-二氧化物结构通过下述通式(9)所示连结基团A连结的结构，术语“连结基团”为与多个通式(1)所示单价基团形成单键的基团，并指形成不同于聚合物的结构的基团，
Figure C038087440006C1
其中x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数，二嗪环和苯环的稠合顺序是交替的或是随机的，取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示至少一个具有一个键的单价基团，其它取代基独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基，当x至少为2时，各苯环上的Ra相同或不同，各苯环上的Rb相同或不同，并且当x′至少为2时，各苯环上的Rc相同或不同，各苯环上的Rd相同或不同，
A_B)Z(9)
其中A为连结基团且表示具有单键或不饱和键的基团，B表示通式(1)所示的单价基团，和z表示至少为2的整数。
23.权利要求22的电极，其中在通式(9)中，z为2到10的整数，且连结基团A包括用键代替了具有5到14个碳的芳香族化合物中的z个氢的z价取代基、或包含炔的二价基团。
24.权利要求22的电极，其中所述取代基的至少一个原子被硫原子、硅原子、磷原子或硼原子置换。
25.权利要求22的电极，其中所述取代基形成环结构。
26.权利要求22的电极，其中所述化合物实质上不溶于电解液。
27.权利要求22的电极，其中通式(1)所示的二嗪骨架结构满足x+y+x’+y’≤20的条件。
28.权利要求22的电极，其进一步包括促进氧化还原反应的催化剂。
29.一种电池，其具有作为正极或负极中的至少一个电极的电极，所述电极含有低聚物化合物或聚合物化合物在电极反应的至少放电反应中作为反应物、反应产物、或中间产物，该低聚物化合物或聚合物化合物为具有二嗪-N，N′-二氧化物结构的化合物，在侧链上含有至少一个单价基团，所述单价基团在下述通式(1)所示二嗪-N，N′-二氧化物结构的环上具有一个键，
其中x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数，二嗪环和苯环的稠合顺序是交替的或是随机的，取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示至少一个具有一个键的单价基团，其它取代基独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基，当x至少为2时，各苯环上的Ra相同或不同，各苯环上的Rb相同或不同，并且当x′至少为2时，各苯环上的Rc相同或不同，各苯环上的Rd相同或不同。
30.权利要求29的电池，其中所述取代基的至少一个原子被硫原子、硅原子、磷原子或硼原子置换。
31.权利要求29的电池，其中所述取代基形成环结构。
32.权利要求29的电池，其中所述化合物实质上不溶于电解液。
33.权利要求29的电池，其中所述低聚物化合物的分子量为200到1000。
34.权利要求29的电池，其中所述聚合物化合物的分子量为1000到500000。
35.权利要求29的电池，其中所述低聚物化合物或聚合物化合物为共聚物。
36.一种电池，其具有作为正极或负极中的至少一个电极的电极，所述电极含有在电极反应的至少放电反应中作为反应物、反应产物、或中间产物的化合物，该化合物具有下述通式(1)所示二嗪-N，N’-二氧化物结构且具有其中二嗪-N，N’-二氧化物结构通过下述通式(9)所示连结基团A连结的结构，术语“连结基团”为与多个通式(1)所示单价基团形成单键的基团，并指形成不同于聚合物的结构的基团，
Figure C038087440009C1
其中x、y、x′和y′分别独立地表示至少为0的整数，二嗪环和苯环的稠合顺序是交替的或是随机的，取代基R1、R2、R3、R4、Ra、Rb、Rc和Rd中的一个表示至少一个具有一个键的单价基团，其它取代基独立地表示氢原子、卤素原子、羟基、硝基、亚硝基、氰基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳香烃基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的烷氧羰基、取代或未取代的芳氧羰基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的酰氧基，当x至少为2时，各苯环上的Ra相同或不同，各苯环上的Rb相同或不同，并且当x′至少为2时，各苯环上的Rc相同或不同，各苯环上的Rd相同或不同，
A_B)Z(9)
其中A为连结基团且表示具有单键或不饱和键的基团，B表示通式(1)所示的单价基团，和z表示至少为2的整数。
37.权利要求36的电池，其中在通式(9)中，z为2到10的整数，且连结基团A包括用键代替了具有5到14个碳的芳香族化合物中的z个氢的z价取代基、或包含炔的二价基团。
38.权利要求36的电池，其中所述取代基的至少一个原子被硫原子、硅原子、磷原子或硼原子置换。
39.权利要求36的电池，其中所述取代基形成环结构。
40.权利要求36的电池，其中所述化合物实质上不溶于电解液。
41.权利要求36的电池，其中通式(1)所示的二嗪骨架结构满足x+y+x’+y’≤20的条件。
42.权利要求36的电池，其进一步包括促进氧化还原反应的催化剂。
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