【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于高分子合成和有機(jī)電池材料，具體涉及一種用于可充電電池電極活性材料的制備方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生和間歇性能源技術(shù)的快速發(fā)展，全球社會(huì)對(duì)大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能的需求日益增長(zhǎng)。盡管鋰離子電池(libs)已在便攜式電子和電動(dòng)汽車市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但鈷、鎳和鋰資源在地殼中元素豐度低且分布不均，使得libs無法在大規(guī)模儲(chǔ)能中得到更廣泛的應(yīng)用。因此，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在致力于開發(fā)依賴于低成本和豐富元素的可充電電池，例如可充電鋁金屬電池、鈉離子電池和水系鋅金屬電池等。特別是，在上述電池中使用由c、h、n、o等元素組成的有機(jī)電極材料更有希望實(shí)現(xiàn)具有可持續(xù)發(fā)展特性的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。在過去的幾年中，基于三嗪基聚合物作為各種可充電電池的電極材料引起了廣泛關(guān)注。利用lewis酸(例如zncl2，fecl3，alcl3)或強(qiáng)酸催化的friedel-crafts反應(yīng)制備三嗪基聚合物是一種簡(jiǎn)單、易操作且高效的方法。然而，friedel-crafts反應(yīng)通常使用烷基/芳基鹵化物作為惰性溶劑，如二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、1,2-二氯苯等，這些溶劑嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，因此限制了其大規(guī)模應(yīng)用。更重要的是，在friedel-crafts反應(yīng)過程中，使用烷基鹵化物溶劑時(shí)，friedel-crafts烷基化也會(huì)作為副反應(yīng)發(fā)生，從而在聚合物結(jié)構(gòu)中形成電化學(xué)活性較低的非共軛結(jié)構(gòu)。最近，一種機(jī)械化學(xué)friedel-crafts反應(yīng)可制備三種高產(chǎn)率的三嗪基聚合物，這三種聚合物分別由咔唑、蒽和三苯基苯作為三聚氰酰氯的共聚單體，提供了一種無溶劑
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種在alcl3-nacl-kcl或者fecl3-nacl-kcl共晶鹽中制備三嗪基聚合物的離子熱friedel-crafts反應(yīng)合成方法，其中低共晶點(diǎn)的共晶鹽使該方法成為一種經(jīng)濟(jì)高效的路易斯酸溶劑-催化劑體系。并且該方法單體適用性廣泛，即使是低friedel-crafts反應(yīng)活性的單體也可以發(fā)生高效的聚合反應(yīng)；此外，該方法不需要鹵代溶劑，合成過程綠色環(huán)保、成本低，所制備的三嗪基聚合物能夠作為可充電電池的電極活性材料，并具有高比容量、良好倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)壽命的特點(diǎn)。
2、針對(duì)上述目的，本專利技術(shù)提供的三嗪基聚合物的合成方法為：在氮?dú)鈿夥障拢瑢⑷矍桴Ｂ群头枷阕寤衔铩o水氯化鋁或無水三氯化鐵、氯化鈉和氯化鉀混合后，在100～180℃下加熱反應(yīng)24～72小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后冷卻到室溫，分別用濃鹽酸、水和甲醇洗滌，并用四氫呋喃回流提取，然后真空干燥，得到三嗪基聚合物。
3、上述合成方法中，芳香族化合物包括苯、甲苯、聯(lián)苯、萘、芘、咔唑、苝、n-甲基二苯胺、10-甲基-10-氫吩噻嗪、吩噻嗪、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、四-n-苯基-對(duì)苯二胺和吩噁嗪等中任意一種，芳香族化合物包括但是不僅限于上述化合物，能夠簡(jiǎn)便拓展至其它芳香族化合物。
4、上述合成方法中，所述三聚氰酰氯與芳香族化合物的摩爾比為1:0.2～2，該比例根據(jù)單體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)三聚氰酰氯與芳香族化合物的摩爾比例變換時(shí)，三嗪基聚合物中，芳香族化合物中的連接位點(diǎn)和數(shù)目會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從事高分子合成相關(guān)領(lǐng)域的工作人員能夠理解并控制。
5、上述合成方法中，優(yōu)選所述三聚氰酰氯與無水氯化鋁或無水三氯化鐵的摩爾比為1:2.5～7.5，進(jìn)一步優(yōu)選三聚氰酰氯與無水氯化鋁或無水三氯化鐵的摩爾比為1:4～6。
6、上述合成方法中，優(yōu)選所述無水氯化鋁與氯化鈉、氯化鉀的摩爾比為1:0.3～0.7:0.1～0.4，進(jìn)一步優(yōu)選無水氯化鋁與氯化鈉、氯化鉀的摩爾比為1:0.4～0.5:0.2～0.3。
7、上述合成方法中，優(yōu)選所述無水三氯化鐵與氯化鈉、氯化鉀的摩爾比為1:0.5～0.8:0.2～0.4。
8、上述合成方法中，優(yōu)選在130～160℃下加熱反應(yīng)48～60小時(shí)。
9、上述合成方法中，所制備的三嗪基聚合物為交聯(lián)型聚合物。
10、本專利技術(shù)的有益效果如下：
11、1、本專利技術(shù)的三嗪基聚合物的合成方法是基于friedel-crafts反應(yīng)進(jìn)行的，原料廉價(jià)易得。所采用的離子熱合成方法使用的是無水氯化鋁或無水三氯化鐵、氯化鈉和氯化鉀混合的無機(jī)鹽作為溶劑和催化劑，因此本專利技術(shù)的合成方法具有過程簡(jiǎn)單且綠色環(huán)保的特點(diǎn)。
12、2、本專利技術(shù)合成方法所使用的無機(jī)鹽溶劑-催化劑體系對(duì)單體的范圍限制較小，對(duì)于發(fā)生friedel-crafts反應(yīng)活性較低的單體仍能夠兼容并實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)率。
13、3、本專利技術(shù)合成方法所制備的三嗪基聚合物既可以作為可充電電池的正極材料，也可以作為可充電電池的負(fù)極材料使用。當(dāng)三嗪基聚合物作為可充電電池的正極活性材料時(shí)，在充電過程中，三嗪基聚合物的大分子鏈被氧化失去電子，形成帶正電荷的陽離子自由基；在隨后的放電過程中，聚合物大分子鏈上產(chǎn)生的正電荷陽離子自由基接受電子被還原至初始的中性狀態(tài)，并釋放所存儲(chǔ)的陰離子到電解液中，因此實(shí)現(xiàn)可逆的電化學(xué)反應(yīng)，并具有高的比容量。當(dāng)三嗪基聚合物作為可充電電池負(fù)極活性材料時(shí)，在放電過程中，三嗪基聚合物的大分子鏈被還原接受電子，形成帶負(fù)電荷的陰離子自由基；在隨后的充電過程中，三嗪基聚合物大分子鏈上產(chǎn)生的帶負(fù)電荷的陰離子自由基失去電子被氧化至初始的中性狀態(tài)，并釋放所存儲(chǔ)的陽離子到電解液中。基于上述反應(yīng)原理和特性，最終獲得高容量、良好的倍率性能的可充電電池。
14、4、本專利技術(shù)方法所合成的三嗪基聚合物具有高度交聯(lián)的分子結(jié)構(gòu)，三嗪結(jié)構(gòu)的存在保證所合成聚合物高的電化學(xué)活性；高度交聯(lián)的分子結(jié)構(gòu)能夠有效抑制所合成聚合物在絕大多數(shù)溶劑中的溶解，有效解決了小分子或線性聚合物在離子電解液中的溶解問題，因此提升了電池的循環(huán)穩(wěn)定性，有利于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的循環(huán)壽命；豐富的單體類型使得所合成聚合物的結(jié)構(gòu)、組成以及電化學(xué)性能可通單體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。得益于上述合成方法的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和三嗪基聚合物優(yōu)異的電化學(xué)性能，設(shè)計(jì)開發(fā)的三嗪基聚合物的合成方法有望為實(shí)現(xiàn)基于聚合物電極材料的可充電電池的商業(yè)化提供技術(shù)支持。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：在氮?dú)鈿夥障拢瑢⑷矍桴Ｂ群头枷阕寤衔铩o水氯化鋁或無水三氯化鐵、氯化鈉和氯化鉀混合后，在100～180℃下加熱反應(yīng)24～72小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后冷卻到室溫，分別用濃鹽酸、水和甲醇洗滌，并用四氫呋喃回流提取，然后真空干燥，得到三嗪基聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述芳香族化合物選自苯、甲苯、聯(lián)苯、萘、芘、咔唑、苝、N-甲基二苯胺、10-甲基-10-氫吩噻嗪、吩噻嗪、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、四-N-苯基-對(duì)苯二胺和吩噁嗪任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述三聚氰酰氯與芳香族化合物的摩爾比為1:0.2～2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述三聚氰酰氯與無水氯化鋁或無水三氯化鐵的摩爾比為1:2.5～7.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述無水氯化鋁與氯化鈉、氯化鉀的摩爾比為1:0.3～0.7:0.1～0.4。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述無水氯化鋁與氯化鈉、氯化鉀的摩爾比為1:0.4～0.5:0.2～0.3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述無水三氯化鐵與氯化鈉、氯化鉀的摩爾比為1:0.5～0.8:0.2～0.4。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：在130～160℃下加熱反應(yīng)48～60小時(shí)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：在氮?dú)鈿夥障拢瑢⑷矍桴Ｂ群头枷阕寤衔铩o水氯化鋁或無水三氯化鐵、氯化鈉和氯化鉀混合后，在100～180℃下加熱反應(yīng)24～72小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后冷卻到室溫，分別用濃鹽酸、水和甲醇洗滌，并用四氫呋喃回流提取，然后真空干燥，得到三嗪基聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述芳香族化合物選自苯、甲苯、聯(lián)苯、萘、芘、咔唑、苝、n-甲基二苯胺、10-甲基-10-氫吩噻嗪、吩噻嗪、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、四-n-苯基-對(duì)苯二胺和吩噁嗪任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述三聚氰酰氯與芳香族化合物的摩爾比為1:0.2～2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可充電電池電極活性材料的三嗪基聚合物的合成方法，其特征在于：所述三聚氰酰氯與無水氯化鋁或無水三氯化鐵...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張崇，黃幸濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：陜西師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。