[发明专利]一种侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物及制备与应用

说明书

本发明涉及一种侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物及其制备方法以及在锂电池正极材料上的应用；本发明所述正极材料的特点在于把具有良好导电性的聚三苯胺与共轭羰基化合物结合，制备一种侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物。聚合物的合成反应简单，所合成的聚合物活性材料在常用的电解液中溶解性低。设计合成的三苯胺聚合物具有多个电化学活性位点，包括以氮原子为中心的三苯胺和共轭羰基化合物的羰基。因此，上述三苯胺聚合物正极材料具有较高的比容量及优越的循环稳定性。本发明所公开的方法为有机正极材料的分子结构设计及材料制备提供切实可行的思路。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物及制备与应用。

背景技术

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源资源的需求越来越大，从而使得资源短缺、环境问题越来越突出。近些年来移动电子设备的广泛使用，使锂离子电池成为研究热门。目前已商业化的锂离子电池的正极材料主要为无机材料，其主要来源于矿产资源，然而天然矿产资源被大量开采，将会面临逐渐枯竭的危险，因此开发新型正极材料成为必要。相对于无机物面临的环境资源限制而言,有机正极材料则具有原料丰富、理论比容量高、环境友好、结构可设计性强等优点，成为一类具有广泛应用前景的储能物质。

在有机物当中，共轭羰基化合物作为新兴的正极材料受到广泛关注。羰基小分子化合物的理论比容量高，且产量大、成本低、原料易得，但单独作为锂离子电池正极材料使用，其极易溶于电解液，造成容量急速衰减，因此限制了羰基小分子化合物在锂离子电池上的发展。导电高分子的发现彻底颠覆了大家一直以来持有的高分子不能导电的观点，一时成为了研究的热点，而其中共轭导电高分子是研究最为广泛的一类材料。研究表明，聚三苯胺(PTPA)既具有类似聚对苯(PPP)的高电子传输骨架，即具有高功率密度的优点；又有类似聚苯胺(PAn)的高能量氧化还原基团，即具有高能量密度的优点，是锂离子电池有机正极的理想候选材料。但目前文献报道的聚三苯胺及其衍生物锂离子电池正极材料，其理论比容量和实际比容量都低于传统的无机正极材料如钴酸锂等，不具备与之竞争的优势。因此，制备出一种导电性能好且比容量高的导电高分子材料具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物，该聚合物利用三苯胺的导电性和羰基化合物高的理论比容量，将羰基化合物引入到三苯胺的侧链上，通过构筑侧链带有羰基化合物的三苯胺聚合物，来改善三苯胺比容量低、羰基小分子化合物易溶于电解液的缺陷，同时本发明还公开了该材料的制备方法以及在锂离子电池正极材料的应用。

本发明的技术方案为：

一种侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物，其结构式如下：

其中，m＝1；n≥2；Ar为带有共轭羰基的芳基或杂环芳基取代基。

优选地，上述Ar为下列取代基中的一种：

上述侧链带有共轭羰基的三苯胺聚合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将4-丁基锡三苯胺或4-丁基锡二苯胺与共轭羰基化合物的单卤化物进行反应制备得到相应的三苯胺-共轭羰基化合物单体；

(2)将所得的三苯胺-共轭羰基化合物单体采用化学氧化聚合的方法得到侧链带有共轭羰基化合物的三苯胺聚合物。

优选地，步骤(1)具体为：在氮气保护下，以甲苯为溶剂，共轭羰基的化合物的单卤化物与4-丁基锡三苯胺在偶联反应催化剂二(三苯基膦)二氯化钯(Pd(PPh₃)₂Cl₂)存在下发生偶联反应制备三苯胺-共轭羰基化合物单体，反应温度80℃，反应时间24h，反应后用柱层析法分离提纯三苯胺-共轭羰基化合物单体。