[发明专利]一种含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料、制备方法及其应用

说明书

一种含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料、制备方法及其应用，属于有机锂硫电池电极材料技术领域。本发明通过利用多官能度的马来酰亚胺单体在高容量的反应器中进行高温交联自由基聚合反应制备多孔正极载体材料以提高产量，二苯砜作为反应溶剂可以循环利用以降低生产成本；制得的多孔正极载体材料通过其含有的大量氮、氧杂原子和微孔、介孔的孔道以实现对多硫化物扩散的限制，从而抑制穿梭效应，实现优异的电化学性能。本发明所述的含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物可以在锂硫电池中作为正极载体材料得到应用，能够显著提高电池的循环稳定性，使得电池在长循环后保持仍能保持较高的容量和库伦效率。

技术领域

本发明属于有机锂硫电池电极材料技术领域，具体涉及一种含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料、制备方法及其应用。

背景技术

过去二十年，锂离子电池在可移动电子设备领域获得了巨大的成功。然而随着电动汽车和大型储能设备的兴起与发展，目前的商用锂离子电池已经难以满足其对高能量密度和高功率密度的需求。锂硫电池具有超出当前商用锂离子电池七倍的理论能量密度，活性物质硫具有储量高、价格低、无毒环境友好等优势，使其有望取代传统商用无机电极材料并逐渐成为锂离子电池电极材料领域的研究热点。然而锂硫电池在充放电过程中会产生易溶解于电解液的多硫化物中间体从而导致穿梭效应，并且电池充放电的最终产物(硫和硫化锂)自身的低导电率等缺点是限制锂硫电池商用的主要挑战。目前研究人员主要采用开发含有N、O等杂原子的多孔正极载体材料去吸附多硫化物并阻止其向负极扩散，从而抑制穿梭效应的策略来提高电池的循环稳定性。基于这种设计思路，研究人员开发出了共价有机框架(COF)、金属有机框架(MOF)、多孔有机聚合物等多种多孔正极载体电极材料。由于COF、MOF型材料制备条件复杂，产量低、稳定性差等缺点使其难以进行大规模生产应用。为了克服以上缺点，研发出具有成本低、产量高，能够明显抑制穿梭效应的正极多孔材料成为有机锂硫电池电极材料领域的发展趋势。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料、制备方法及其应用。本发明旨在通过利用多官能度的马来酰亚胺单体在高容量的反应器中进行高温交联自由基聚合反应制备多孔正极载体材料以提高产量，二苯砜作为反应溶剂可以循环利用以降低生产成本；制得的多孔正极载体材料通过其含有的大量氮、氧杂原子和微孔、介孔的孔道以实现对多硫化物扩散的限制，从而抑制穿梭效应，实现优异的电化学性能。

本发明所述的一种含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料，其结构式如下所示：

其中R₁、R₂分别为如下结构：

R₁:R_2:

本发明所述的一种含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料的制备，其化学合成反应如下：

具体步骤如下：

步骤1：在惰性条件下，将溶有马来酸酐的丙酮溶液滴加至溶有氨基单体的丙酮溶液中，搅拌加热的条件下反应一定时间，再在搅拌回流的条件下反应一定时间；

步骤2：待步骤1反应结束后，趁热将所得混合液倾倒在冰水中，然后进行抽滤，所得滤渣用碱性水溶液洗至洗液呈中性，然后再用有机溶剂洗至洗液无色透明，所得固体真空烘干即得到马来酰亚胺单体；

步骤3：在惰性条件下，将步骤2得到的马来酰亚胺单体加入到高沸点有机溶剂中，并在搅拌回流的条件下反应一定时间；

步骤4：待步骤3的反应结束后，将所得混合液冷却至130～140℃后倾倒于有机溶剂中进行抽滤，滤渣用有机溶剂洗至无色透明，所得固体真空烘干即得到本发明所述的含马来酰亚胺结构的交联型多孔聚合物锂硫电池正极载体材料。