基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤(1)4,4

【技术实现步骤摘要】
基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料科学和电化学
，具体涉及基于多金属氧酸盐的紫精聚合物材料的制备方法及其锂离子负极性能应用。

技术介绍

[0002]由于其高能量密度和超长寿命，以电极材料技术为主的锂离子电池(LIB)已成为电子汽车和电网储能的主流储能系统。高性能电子设备不断增长的需求取决于锂离子电池(LIBs)在更高能量/功率密度、更长循环性能和更低成本方面的进一步创新。然而，传统的石墨阳极材料由于其理论容量低(372mAh
·
g
‑1)而无法满足所有这些要求。
[0003]紫精是由化学家Michaelis在1932年最早发现和命名的，他发现1,1
′‑
二甲基
‑
4,4
′‑
联吡啶盐在还原时颜色会变为紫色，故而将其命名为紫精。于是人们将这一种1,1
′‑
二取代联吡啶衍生物统称为紫精。紫精化合物在光或者电的刺激下可发生两步可逆的电子得失过程，产生三个氧化还原态。首先V
2+
从富电子的阴离子处得到一个电子形成紫精自由基V
+
·
，+1价的阳离子自由基可发生进一步的还原生成中性紫精分子。这三种氧化还原态在性质上也有较大的差异：V
2+
紫精化合物一般为无色状态；而当其得到一个电子生成紫精自由基V
+
·
后，其颜色会变化为蓝色或紫色。因为这种自由基可以在不同价态的氮原子上发生转移，而提高其摩尔吸收系数，使化合物的颜色加深；中性的紫精分子的颜色会变为淡黄色。紫精化合物独特的电子得失特性，使其作为好的电子受体存在在一些电子转移体系中。同时其分子内的电荷分离特性，使这类化合物具有较强的极性，且容易在分子表面形成梯度的电场，使其在电化学方面有优越的性能。
[0004]作为电极材料，MoO2由于其高理论容量和良好的导电性在可充锂电池中显示出巨大潜力。但是，MoO2的强Mo
‑
O键和缓慢的电子传输动力学通常导致较低比容量(LIBs中为210mAh
·
g
‑1)和差的倍率性能。此外，MoO2在电化学循环期间会大体积膨胀/收缩，导致大的不可逆容量衰减。因此，在高电流密度下实现高容量和长期循环稳定性仍然是巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种基于多金属氧酸盐的紫精衍生碳化物复合材料及其制备方法和应用，使得其应用在锂离子电池时实现更好的可逆容量和倍率性能。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于多金属氧酸盐的紫精衍生碳化物复合材料，其结构式如下；
[0008][0009]一种基于多金属氧酸盐的紫精衍生碳化物复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0010]S1、称取一定量的4,4
’‑
联吡啶与联苯二氯苄或4,4
‑
双(溴甲基)联苯，加入装有有机溶剂的容器中超声，使其完全溶解，得到均匀溶液；
[0011]S2、将均匀溶液全部转移到反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将反应釜放进马弗炉中，在合适温度进行门舒特金(Menshutkin)反应；
[0012]S3、门舒特金反应后，得到式3所示的紫精基有机聚合物，将紫精基有机聚合物依次离心和干燥，然后取一定量紫精基有机聚合物和一定量磷钼酸溶液反应，得到前驱体，依次离心、干燥和煅烧，即得到目的产物；
[0013]其中：
[0014]4,4
’‑
联吡啶的结构式为：
[0015]4,4
‑
双(溴甲基)联苯的结构式为：
[0016]联苯二氯苄的结构式为
[0017]紫精基有机聚合物的结构式为：
[0018][0019]其中X
‑
为Cl
‑
或者Br
‑
。
[0020]进一步的，步骤S1中，式1所示化合物与联苯二氯苄或4,4
‑
双(溴甲基)联苯的摩尔
比为1：1～2，优选为1:1。
[0021]进一步的，步骤S1中，有机试剂为乙腈。
[0022]进一步的，步骤S1中，超声溶解的时间为5
‑
15min，进一步优选为10min。
[0023]进一步的，步骤S2中，门舒特金反应温度80～110℃，优选100℃，反应时间为40～60h,优选为48h。
[0024]进一步的，步骤S3中，离心处理过程具体为：离心转速为6000rpm，时间为15min。
[0025]进一步的，步骤S3中，干燥为采用鼓风干燥。
[0026]进一步的，步骤S3中，紫精基有机聚合物质量为0.4g
‑
0.5g，优选为0.407g的质量,。
[0027]进一步的，步骤S3中，磷钼酸溶液的浓度为：8mg/ml～12mg/ml，优选为10mg/ml的浓度，选取磷钼酸溶液的体积为10ml～12ml，优选为11ml。
[0028]进一步的，步骤S3中，煅烧的温度为650℃～750℃，优选为700℃，时间为1
‑
3h，优选为2h。
[0029]进一步的，步骤S3中，煅烧的升温速率为2℃/min
‑
10℃/min，优选为2℃/min℃，煅烧的气氛是氮气气氛。
[0030]本专利技术将紫精基离子聚合物与H3PMo
12
O
40
之间自组装形成新的介孔离子液体
‑
多金属氧酸盐(IL
‑
POM)有机杂化物，利用紫精易调节结构，而且合成方法简单等优点，由热解后的MoO2骨架和碳层形成的交联导电网络可以为离子传输提供更有效的通道，提高其在锂离子电池的可逆容量和倍率性能。
[0031]基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料在锂离子电池中的应用。
[0032]本专利技术将紫精基离子聚合物与H3PMo
12
O
40
之间自组装形成新的介孔离子液体
‑
多金属氧酸盐(IL
‑
POM)有机杂化物，热解后，由MoO2骨架和碳层形成的交联导电网络可以为有效的离子传输提供多维通道，从而促进电化学动力学。MoO2内氮和磷共掺杂与碳之间的协同作用可以产生更多的缺陷、空位和双功能活性位点，以促进更好的电化学性能。所设计的网络的多孔几何结构不仅能够容纳MoO2的体积变化，而且还能在电解质和电极之间提供更好的接触，从而增强结构稳定性并缩短离子扩散路径。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0034](1)本专利技术通过溶剂法制备紫精基有机聚合物，方法简便，后经过煅烧处理，材料转变为基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物；
[0035](2)本专利技术采用简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料，其特征在于，其结构式如下：2.如权利要求1所述的一种基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、称取一定量的4,4
’‑
联吡啶与联苯二氯苄或4,4
‑
双(溴甲基)联苯，加入装有有机溶剂的容器中超声，使其完全溶解，得到均匀溶液；S2、将均匀溶液全部转移到反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将反应釜放进马弗炉中，在合适温度进行门舒特金反应；S3、门舒特金反应后，得到紫精基有机聚合物，将紫精基有机聚合物依次离心和干燥，然后取一定量紫精基有机聚合物和一定量磷钼酸溶液反应，得到前驱体，依次离心、干燥和煅烧，即得到目的产物。3.根据权利要求2所述的一种基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，4,4
’‑
联吡啶与联苯二氯苄或4,4
‑
双(溴甲基)联苯的摩尔比为1：1～2。4.根据权利要求2所述的一种基于多金属氧酸盐的紫精聚合物衍生碳化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机试剂为乙腈，超声溶解时间为5
‑
15min。5.根据权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺华林，罗宇，易华琼，孔玥，黄燕山，张文轩，韩生，薛原，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：