[发明专利]一种新型嗪类化合物二次电池电极材料

说明书

本发明属于电化学领域，涉及一种新型嗪类化合物二次电池电极材料。采用本发明所涉及方法制备的嗪类化合物二次电池电极材料，以自然界存在的和人工合成的不溶性嗪类化合物为电活性物质，其电极电位可以通过化合物骨架和取代基的改变而调整，是一种结构和性能设计性强、氧化还原可逆性能好的活性电极材料，采用本发明可根据需求将嗪类化合物设计用做酸性、碱性和中性水溶液的二次电池的正极或负极材料，亦可用在有机电解液二次电池体系中。采用该电极材料制备成本低、活性高、安全性好，组配成为电池后，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及电池生产技术领域的一种新型嗪类化合物二次电池电极材料以及其制备方法，可作为电极活性物质用于酸性、中性和碱性水溶液以及有机电解液的二次电池体系中。

背景技术

新能源是我国七大新兴产业之一，将长期持续发展。但是太阳能和风能发电不可能按照火电那样根据用户需要“随时用，即刻发”，而是“随机发、不好用”。太阳能发电要白天发、晚上用；我国“三北地区”夜间风大正是电网的用电“谷期”，如没有大规模蓄电相配合，就会造成“弃风”“弃光”的浪费。因此，大规模蓄电是国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键问题之一。

各类化学电源中，适合大规模蓄电者必须具备安全、廉价、环保三项基本性能，因而水体系二次电池应该是关注的重点。目前，成熟的水体系二次电池主要有镉镍电池、氢镍电池、铅酸电池，活性物质均为无机物。镉镍电池已被限制使用，铅酸电池是我国政府今年开征消费税的唯一品种，以限制其发展，氢镍电池价格高，不适合大规模使用。研发安全、廉价、环保的大规模蓄电池是电化学工作者义不容辞的当务之急。

事实上，许多有机物具有氧化还原可逆性，理论上，通过结构调整降低分子量、增加反应电子数，有机物可具有高的电化学比容量。有机物主要由碳、氢、氧、氮等常见元素组成，来源广泛，不受矿藏资源的限制，合成工艺简便易行，成本降低空间大，电化学性能和溶解性可以根据结构调节，且可再生利用，研究有机物在化学电源中的应用，不仅科学意义重大，实用价值也很高。为此，试图将有机物作为二次电池的电极活性材料应用于化学储能的人，近年来增多。

按活性官能团的不同，常见的有机电对包括：醌/酚(如对苯醌、联苯醌)、酮/醇(如二苯甲酮)、嗪类化合物(如吡嗪、吩嗪)，含金属官能团(如二茂铁、二茂镍)、含硫官能团(如二硫化合物)、含氮官能团(苯胺、N-O键化合物)等。其中，基于醌/酚互变的醌类化合物的电化学可逆性最好，传统的醌氢醌电极即是代表。特别是，醌类化合物由于电极电位可调控，且电极电位在-0.6～1V vs.NHE之间，不易发生析氢析氧副反应，作为水体系电池活性物质，具有较大的潜在应用价值。此外，一类与醌类化合物结构类似的有机化合物——嗪类化合物也表现出了较好的氧化还原可逆性，电极电位在0～-1Vvs.NHE之间，也颇具作为电池活性物质的应用潜力。醌类和嗪类化合物除了可来源于石化原料外，还可从生物质中提取，符合绿色环保的理念。为此，如能让这两种具有良好氧化还原可逆性的有机物发挥其在化学电源中的新应用，将有较高的理论和现实意义。

本发明提供一种新型嗪类化合物二次电池电极材料，制备的嗪类化合物二次电池材料可用于碱性、酸性和中性电解液中，提高二次电池的循环寿命和电池的比能量。

发明内容

本发明所要解决的问题是解决现有二次电池电极材料均为无机物的限制，提供一种新型嗪类化合物的制备方法，该制备方法具有生产成本低、原料来源广泛、清洁环保无污染的优点。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种嗪类化合物二次电池电极材料，其特征是，分子结构中含有吡嗪结构基团。

一种嗪类化合物二次电池电极材料，其特征是，所述的嗪类化合物为单环(如)、多环嗪类(如)化合物及其衍生物或者聚合物以及导电聚合物(如