本申請(qǐng)涉及有機(jī)光電材料，特別涉及一種以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池(lithium-ion?batteries，libs)作為一種能量密度高、循環(huán)次數(shù)多、使用壽命長(zhǎng)的新型二次電池，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電源、電動(dòng)車、家電、智能穿戴設(shè)備、3c產(chǎn)品等領(lǐng)域，并且逐漸成為新能源汽車和儲(chǔ)能的主要?jiǎng)恿υ础ｋS著能源需求的提升和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰離子電池在能量密度、功率密度及成本等方面面臨著新的挑戰(zhàn)。

2、有機(jī)材料的可設(shè)計(jì)性以及化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性使得研究者可根據(jù)需求構(gòu)建新的分子和結(jié)構(gòu)，如材料的理論容量和氧化還原電位可分別通過(guò)引入更多的活性官能團(tuán)、改變官能團(tuán)種類以及引入相應(yīng)取代基來(lái)調(diào)控，從而設(shè)計(jì)出高性能的新型有機(jī)電極材料。例如專利cn117024689b公開(kāi)了一種炔基修飾的三嗪環(huán)共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法、鋰硫電池正極、鋰硫電池，三嗪環(huán)共價(jià)有機(jī)框架材料具有cofs二維蜂窩網(wǎng)狀的高結(jié)晶性和多孔結(jié)構(gòu)，并包含以三嗪環(huán)為中心的炔基官能化配體單元。

3、目前，小分子有機(jī)電極材料具有來(lái)源豐富、合成簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，但通常在有機(jī)電解液中易于溶解，會(huì)引起“穿梭效應(yīng)”，導(dǎo)致容量低、庫(kù)侖效率低、循環(huán)性差。因此提供一種能夠有效提升鋰離子電池電化學(xué)性能的有機(jī)小分子材料十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料，以解決相關(guān)技術(shù)中現(xiàn)有的有機(jī)小分子材料對(duì)鋰離子電池電化學(xué)性能提升有限的問(wèn)題。

2、本本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料，其結(jié)構(gòu)通式如式ⅰ所示：

3、

4、式i中，l1、l2、l3獨(dú)立的選自單鍵、吡嗪、對(duì)苯醌，ar1、ar2、ar3獨(dú)立的選自取代或未取代的蒽醌、取代或未取代的菲醌、取代或未取代的芘-4,5,9,10-四酮。

5、一些實(shí)施例中，所述基團(tuán)ar1、ar2、ar3獨(dú)立的選自以下基團(tuán)：

6、

7、一些實(shí)施例中，所述基團(tuán)ar1、ar2、ar3獨(dú)立的選自基團(tuán)

8、第二方面，本申請(qǐng)還提供了上述以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，包括以下步驟：

9、步驟s101，向三氨三嗪中加入四氫呋喃和水溶解，加入鹽酸，冰浴，之后加入亞硝酸鈉，反應(yīng)后加入碘化鉀，反應(yīng)結(jié)束后，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第一反應(yīng)產(chǎn)物；

10、步驟s102，將第一化合物、第二化合物、醋酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空、充氮?dú)猓尤霟o(wú)水n,n-二甲基甲酰胺溶解，加熱進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第二反應(yīng)產(chǎn)物；

11、步驟s103，將第一反應(yīng)產(chǎn)物、第二反應(yīng)產(chǎn)物、碳酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空，充氮?dú)?，之后加入甲苯、乙醇和水溶解，加熱反?yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，即得到有機(jī)小分子材料s。

12、第三方面，本申請(qǐng)還提供了以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，包括以下步驟：

13、步驟s101，向三氨三嗪中加入四氫呋喃和水溶解，加入鹽酸，冰浴，之后加入亞硝酸鈉，反應(yīng)后加入碘化鉀，反應(yīng)結(jié)束后，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第一反應(yīng)產(chǎn)物；

14、步驟s102，將第一化合物、第二化合物、醋酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空、充氮?dú)猓尤霟o(wú)水n,n-二甲基甲酰胺溶解，加熱進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第二反應(yīng)產(chǎn)物；

15、步驟s103＇，將步驟s102得到的第二反應(yīng)產(chǎn)物與第三化合物、碳酸鉀、鈀催化劑混合，抽真空充氮?dú)?，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反?yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻、萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第三反應(yīng)產(chǎn)物；

16、步驟s104＇，將第三反應(yīng)產(chǎn)物、第一反應(yīng)產(chǎn)物、碳酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空、充氮?dú)?，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反?yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，即得到有機(jī)小分子材料b。

17、一些實(shí)施例中，步驟s102中，所述第一化合物選用化合物所述第二化合物選用聯(lián)硼酸頻那醇酯；加熱反應(yīng)的溫度為65～85℃。

18、一些實(shí)施例中，步驟s103中，加熱的溫度為75～100℃。

19、步驟s103＇中，所述第三化合物選用化合物

20、一些實(shí)施例中，所述鈀催化劑選用1,1'-雙二苯基膦二茂鐵二氯化鈀或四(三苯基膦)鈀或醋酸鈀。

21、一些實(shí)施例中，步驟s103和s103＇中，甲苯和乙醇可以替換為四氫呋喃。

22、一些實(shí)施例中，無(wú)水n,n-二甲基甲酰胺可以替換為甲苯。

23、一些實(shí)施例中，步驟s103＇和s104＇中，加熱的溫度為75～100℃。

24、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極材料包括上述有機(jī)小分子材料s或有機(jī)小分子材料b。

25、本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來(lái)的有益效果包括：(1)本申請(qǐng)獲得的有機(jī)小分子材料具有羰基(c＝o)和碳氮雙鍵(c＝n)的氧化還原活性位點(diǎn)，通過(guò)改變活性基團(tuán)的數(shù)量和連接方式可以調(diào)節(jié)材料的理論容量和溶解性，材料的可設(shè)計(jì)性以及化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性較強(qiáng)，可根據(jù)不同的需求快速構(gòu)建新的分子和結(jié)構(gòu)；(2)本申請(qǐng)?zhí)峁┑挠袡C(jī)小分子材料具有柔性骨架結(jié)構(gòu)，能夠用于生產(chǎn)柔性或薄電池的器件；(3)本申請(qǐng)?zhí)峁┑挠袡C(jī)小分子材料不受嵌入離子的限制，相同的有機(jī)材料不僅可以用于libs，還可以用于其它大尺寸堿金屬離子電池(鈉離子和鉀離子電池)、非金屬離子電池(質(zhì)子電池、銨離子電池和陰離子存儲(chǔ)等)、甚至多價(jià)金屬離子電池體系(鋅離子、鎂離子、鈣離子和鋁離子電池)，應(yīng)用廣泛。

技術(shù)特征：

1.一種以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料，其特征在于，所述有機(jī)小分子材料的結(jié)構(gòu)通式如式ⅰ所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料，其特征在于，所述基團(tuán)ar1、ar2、ar3獨(dú)立的選自以下基團(tuán)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料，其特征在于，所述基團(tuán)ar1、ar2、ar3獨(dú)立的選自基團(tuán)

4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，其特征在于，包含：步驟s103＇，將步驟s102得到的第二反應(yīng)產(chǎn)物與第三化合物、碳酸鉀、鈀催化劑混合，抽真空充氮?dú)?，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反?yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻、萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第三反應(yīng)產(chǎn)物；s104＇，將第三反應(yīng)產(chǎn)物、第一反應(yīng)產(chǎn)物、碳酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空、充氮?dú)?，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反?yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，即得到有機(jī)小分子材料b。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，其特征在于，三氨三嗪和碘化鉀的摩爾比為1:7-8；步驟s102中，所述第一化合物選用化合物第一化合物和第二化合物的摩爾比為1:6-7；所述第二化合物選用聯(lián)硼酸頻那醇酯；加熱反應(yīng)的溫度為65～85℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，其特征在于，步驟s103中，第一反應(yīng)產(chǎn)物和第二反應(yīng)產(chǎn)物的摩爾比為1:3-4；加熱的溫度為75～100℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，其特征在于，步驟s103＇中，所述第三化合物選用化合物第二反應(yīng)產(chǎn)物和第三化合物的摩爾比設(shè)置成1:1-2；步驟s103＇和s104＇中，加熱的溫度為75～100℃；第三反應(yīng)產(chǎn)物和第一反應(yīng)產(chǎn)物的摩爾比為1:3-4。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料的制備方法，其特征在于，所述鈀催化劑選用1,1'-雙二苯基膦二茂鐵二氯化鈀或四(三苯基膦)鈀或醋酸鈀。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的正極材料包括利用權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的制備方法制得的有機(jī)小分子材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及有機(jī)光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以三嗪為核心的有機(jī)小分子材料及其制備方法、鋰離子電池。本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒òㄒ韵虏襟E：向三氨三嗪中加入四氫呋喃和水溶解，加入鹽酸，冰浴，之后加入亞硝酸鈉、碘化鉀，反應(yīng)結(jié)束后，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第一反應(yīng)產(chǎn)物；將第一化合物、第二化合物、醋酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空，加入無(wú)水N,N?二甲基甲酰胺溶解，加熱進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，得到第二反應(yīng)產(chǎn)物；將第一反應(yīng)產(chǎn)物、第二反應(yīng)產(chǎn)物、碳酸鉀和鈀催化劑混合，抽真空，之后加入甲苯、乙醇和水，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，萃取、干燥、過(guò)濾、濃縮、過(guò)柱，即得到有機(jī)小分子材料S。

技術(shù)研發(fā)人員：賈小娥,賀興臣,韓炎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢中科先進(jìn)材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19