本技术公开了一种用于可充电电池电极活性材料的三嗪基聚合物的合成方法,该方法通过三聚氰酰氯和芳香族化合物在无水氯化铝或无水三氯化铁、氯化钠和氯化钾的共晶盐溶剂‑催化剂体系中的Friedel‑Crafts反应制备成高度交联的三嗪基聚合物,该合成方法具有单体适用性广泛、制备过程简单、环保、原料廉价易得等优势。所制备的三嗪基聚合物具有电化学活性高、动力学性能快、以及在电解液中不溶解的特点,有望成为下一代绿色、环保、低成本的高性能可充电电池电极活性材料。
背景技术
近年来,随着太阳能、风能、潮汐能等可再生和间歇性能源技术的快速发展,全球社会对大规模电化学储能的需求日益增长。尽管锂离子电池(LIBs)已在便携式电子和电动汽车市场占据主导地位,但钴、镍和锂资源在地壳中元素丰度低且分布不均,使得LIBs无法在大规模储能中得到更广泛的应用。因此,学术界和工业界都在致力于开发依赖于低成本和丰富元素的可充电电池,例如可充电铝金属电池、钠离子电池和水系锌金属电池等。特别是,在上述电池中使用由C、H、N、O等元素组成的有机电极材料更有希望实现具有可持续发展特性的电化学储能技术。在过去的几年中,基于三嗪基聚合物作为各种可充电电池的电极材料引起了广泛关注。利用Lewis酸(例如ZnCl2
,FeCl3
,AlCl3
)或强酸催化的Friedel-Crafts反应制备三嗪基聚合物是一种简单、易操作且高效的方法。然而,Friedel-Crafts反应通常使用烷基/芳基卤化物作为惰性溶剂,如二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、1,2-二氯苯等,这些溶剂严重破坏生态环境,因此限制了其大规模应用。更重要的是,在Friedel-Crafts反应过程中,使用烷基卤化物溶剂时,Friedel-Crafts烷基化也会作为副反应发生,从而在聚合物结构中形成电化学活性较低的非共轭结构。最近,一种机械化学Friedel-Crafts反应可制备三种高产率的三嗪基聚合物,这三种聚合物分别由咔唑、蒽和三苯基苯作为三聚氰酰氯的共聚单体,提供了一种无溶剂的合成方法。但是该方法只能以Friedel-Crafts反应活性较高的单体作为三聚氰酰氯的共聚单体进行聚合反应制备三嗪基共轭聚合物。因此,进一步探索绿色、高效的Friedel-Crafts反应方法,实现避免使用有机卤化物溶剂,且同时能够与多种不同类型的共聚单体兼容,这对于高效合成三嗪基聚合物至关重要。
实现思路