[发明专利]基于2;9-二甲基喹吖啶酮及其衍生物作为锂离子电池负极材料的应用

说明书

本发明开发并选用一种颜料工业中广泛应用的2,9‑二甲基喹吖啶酮及其衍生物作为锂离子电池负极材料，具有原料易得，成本较低，且有机物废弃之后，在自然界中可被降解，具有环保可持续的优点；并且该类化合物作为有机负极材料，理论比容量高，在充放电过程中，循环稳定性好，倍率性能优异。本发明同时提供应用2,9‑二甲基喹吖啶酮及其衍生物制备锂离子电池的方法。

技术领域

本发明涉及一种应用在锂离子电池中的新能源材料，特别是涉及一种简单易得的基喹吖啶酮类有机负极材料。

背景技术

新能源储能技术已成为过去几十年中最受关注的热点问题之一，锂离子电池以其优越的储能性和较高的能量密度，成为众多储能技术中最具有应用前景的技术。自从上世纪90年代锂离子电池发明以来，锂离子电池的发展受到广泛关注并且取得长足的进步，尤其是在便携式电子设备和电动汽车领域。发展高性能，轻便，柔性，以及环保型锂离子电池是目前研究的热点方向。锂离子电池的能量密度主要取决于电极材料的能量密度，而目前应用最为广泛的电极材料主要集中在过渡金属氧化物，例如LiCoO₂,LiMn₂O₄，LiFeO₄作正极材料，石墨，硅以及Li₄Ti₅O₁₂作负极材料；传统的无机电极材料的发展受到矿物资源储量有限，分布不均，成本较高等因素的限制；此外，传统无机电极材料在电池过充时易产生高价态金属氧化物，并伴随氧气的释放，易导致与电解液的剧烈反应，从而存在安全隐患。而有机电极材料则具有理论比容量高，结构可调，原料易得，成本较低，储量丰富不受矿物资源影响等优势，有望取代传统电极材料成为新型高性能电极材料。

最近，Qichun Zhang等(Acs Applied Materials&Interfaces,2016,8(26):16932-16938)将4,5-二羟基环戊烯三酮(克酮酸)与1,2,4,5-四氨基苯四盐酸盐(TAB·4HCl)在多磷酸中，190℃的条件下反应10h，一步聚合法制得共轭梯形聚合物PPCQ，合成路线如图1所示，PPCQ作锂离子电池负极时的嵌锂机理如图2所示。将PPCQ应用至锂离子电池负极材料，在100mAg^-1的充放电循环下，100圈之后仍有987mAhg^-1的比容量；2.5Ag^-1的电流密度下充放电1000次后容量仍有489mAhg^-1。

目前锂离子电池商业化使用的是无机负极材料，但是存在易粉化，循环寿命短，受限于矿物资源，比容量较低等缺点。目前已报道的有机负极材料多为聚合物，合成制备较为复杂，理论比容量不高；小分子有机负极材料则存在易溶于电解质，循环寿命差，不易制得等缺点。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种原料易得、可降解循环、成本低、制备简易的锂离子电池负极材料。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：1、开发使用一种有机小分子喹吖啶酮类作为锂离子电池负极材料，解决目前商业化负极材料比容量较低，循环寿命短的缺陷，解决目前已报道有机小分子易溶解的缺陷；2、开发并选用一种颜料工业中广泛应用的2,9-二甲基喹吖啶酮及其衍生物作为锂离子电池负极材料，原料易得，且在自然界中可降解循环，解决目前锂离子电池负极材料成本高，制备合成复杂等缺点。

为实现上述目的，本发明提供一种应用于锂离子电池负极的化合物，化学结构为通式I

其中

R₁和R₈表示氢、甲基、氰基，

R₂和R₅表示氢、甲基，

R₃和R₆表示氢、甲基、乙炔基、乙烯基、氨甲基、氰基、羟基、卤素，