[发明专利]一种以吩嗪三聚体为基础的聚合物及其制备方法和电池应用

说明书

本发明公开了一种以吩嗪三聚体为基础的聚合物及其制备方法和电池应用，包括：以吩嗪三聚体（TPZB）为基础的小分子或吩嗪三聚体单体，本发明旨在基于p共轭的氮杂环芳香聚合物作为有机储能电池电极活性材料的思路，利用氮杂环共轭离域效应稳定电极活性材料的分子及中间态，以及以较柔性的基团为连接桥键进行聚合，进一步降低溶解度，而且避免完全刚性的聚合物链形成较强的π‑π堆积，有利于聚合物形成离子通道，从而提高电池的倍率性能，还通过有机分子成盐的方式降低有机小分子在电解液中的溶解度，并引入稳定性高的吩嗪基体提高有机分子的稳定性，提高电池稳定性。

技术领域

本发明涉及一种稳定性高的聚合物或有机电极领域，尤其涉及一种以吩嗪三聚体为基础的聚合物及其制备方法和电池应用。

背景技术

能源是现代战争的物质基础和动力源泉，开发利用风能、太阳能等可再生能源成为必然趋势；采用锂离子电池储能，不仅可以解决可再生能源发电间歇性和稳定性差等问题，对电网还具备削峰填谷等功能，是解决能源保障的关键技术。近年来，近年来电子产品、电动汽车的不断发展，增加了对电池的需求，而锂离子的技术优势，不断降低的价格，操作的灵活性和广泛的潜在应用是非常吸引人的。然而，传统的金属离子电池往往采用过渡金属氧化物、石墨等无机电极材料，实际容量往往较低或依赖稀缺的自然资源。

有机材料作为潜在的目标材料其转化型机理不受载流子电荷数目、类型和粒径等因素的束缚，可以摆脱传统无机材料脱嵌机制的限制。此外，有机电极材料还具有多种优点：提供高能量，来源丰富，设计灵活，环境友好等。吩嗪作为一种新型的p型有机电极材料，利用氮杂环共轭离域效应可以稳定电池活性材料的分子及离子态，从而提高分子材料稳定性；因此本发明探索通过对氧化还原活性中心的π-共轭框架在二维方向进行拓展，形成类平面的“π延伸体系”的方式设计具有优异性能的新型正极材料。

本发明中根据以下文献制备5,10-二氢吩嗪：Yang,L.,Li,X.,Yang,J.,Qu Y.Hua,J.Colorimetric and ratiometric near-infrared fluorescent cyanidechemodosimeter based on phenazine derivatives.ACS Appl.Mater.Inter.5,1317-1326(2013)。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种以吩嗪三聚体为基础的聚合物及其制备方法和电池应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种以吩嗪三聚体为基础的聚合物及其制备方法和电池应用，包括：以吩嗪三聚体TPZB为基础的小分子或吩嗪三聚体单体，其特征在于：所述聚合物为p-TPZB，所述p-TPZB由含有双键基团的吩嗪三聚体TPZB通过自由基聚合反应合成制备得到，所述吩嗪三聚体TPZB为1,3,5-tris(10-(Ar)phenazin-5(10H)-yl)benzene，其中Ar为基于苯环的芳香基团，所述p-TPZB为多电子氧化还原中心结构，所述p-TPZB具备扭曲结构形成的离子通道，所述p-TPZB以柔性基团为连接桥键聚合。

本发明一个较佳实施例中，还原吩嗪通过共用的同一个苯环拓展共轭并提高理论容量；所述TPZB为式1：

基于TPZB的衍生物包括聚合物和小分子，所述聚合物包括其他小分子为式2

本发明一个较佳实施例中，所述TPZB中X，Y，Z是相同或不同的，所述X，Y，Z能够采用H，CN，OMe，CH＝CH₂，O-CH₂-CH＝CH₂，O-CH₂-CH₂-CH＝CH₂，COOH，COOLi，COONa，COOCH₃，或者经取代或未经取代的芳基或杂芳基。