一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池

本发明属于锌离子电池，具体涉及一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池因具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽等优点广泛应用在日常生活中。但锂离子电池使用有机溶剂作为电解液，有机溶剂易燃易挥发，带来了严重的安全问题。

2、水系锌离子电池具有安全性高、成本低和理论容量高等特点，是储能装置的理想选择。作为水系锌离子电池的一部分，正极材料具有重要作用。与无机材料相比，有机化合物具有来源广泛、结构多样、环境友好、成本低等特点，适合制备电池电极材料。

3、酸酐化合物具有合适的氧化还原电位，能够作为离子电池电极使用，但是活性物质易溶解、导电性差以及比容量低等问题导致电池容量迅速衰减。因此，开发高容量高稳定性的基于酸酐的储锌正极材料具有重要意义。

4、在目前的研究中，对于酸酐分子，常常跟氨基化合物聚合形成聚酰亚胺。公开号为cn110534711a的中国专利公开了一种水系电池用聚酰亚胺正极材料，但其采用加热回流法进行合成，工艺复杂且需要高温高压的条件，对于生产设备的要求比较高，不适合工业化生产。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池，本发明提供的方法制备工艺简便，且反应条件温和，适合工业化生产。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。

5、优选的，所述酸酐包括均苯四甲酸酐、萘四甲酸二酐和苝四甲酸二酐中的一种或几种。

6、优选的，所述二氨基化合物包括二氨基蒽醌、二氨基萘醌、二氨基吩嗪、二氨基苯甲酸和二氨基苯醌中的一种或几种。

7、优选的，所述酸酐和二氨基化合物的摩尔比为1：1～2。

8、优选的，所述固相反应的温度为300～350℃，时间为4～12h。

9、优选的，所述固相反应后，还包括对得到的物料依次进行清洗和干燥；

10、所述清洗采用的有机溶剂包括乙醇、n-甲基吡咯烷酮或n,n-二甲基甲酰胺；

11、所述干燥的温度为60～80℃，时间为6～12h。

12、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的咪唑基复合材料。

13、本发明还提供了上述技术方案所述的咪唑基复合材料在水系锌离子电池中的应用。

14、本发明还提供了一种柔性水系锌离子电池，所述柔性水系锌离子电池的正极材料包括上述技术方案所述的咪唑基复合材料。

15、优选的，所述柔性水系锌离子电池的电解液为zn(cf3so3)2凝胶电解液或znso4凝胶电解液；

16、所述电解液的浓度为1mol/l。

17、本发明提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。本发明将酸酐和二氨基化合物通过一步热处理即可得到所需的咪唑基复合材料，制备方法简便，成本低，反应条件温和，适合工业化生产。由本发明提供的制备方法得到的咪唑基复合材料中，扩大的π共轭结构能够改善酸酐小分子面临的衰减问题，同时稳定的骨架能够提升材料的循环性能。此外，柔性骨架保证了材料在不同电流密度下的稳定性，且具有很好的抗弯折性能。

技术特征：

1.一种咪唑基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸酐包括均苯四甲酸酐、萘四甲酸二酐和苝四甲酸二酐中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氨基化合物包括二氨基蒽醌、二氨基萘醌、二氨基吩嗪、二氨基苯甲酸和二氨基苯醌中的一种或几种。

4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸酐和二氨基化合物的摩尔比为1：1～2。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固相反应的温度为300～350℃，时间为4～12h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固相反应后，还包括对得到的物料依次进行清洗和干燥；

7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的咪唑基复合材料。

8.权利要求7所述的咪唑基复合材料在水系锌离子电池中的应用。

9.一种柔性水系锌离子电池，其特征在于，所述柔性水系锌离子电池的正极材料包括权利要求7所述的咪唑基复合材料。

10.根据权利要求9所述的柔性水系锌离子电池，其特征在于，所述柔性水系锌离子电池的电解液为zn(cf3so3)2凝胶电解液或znso4凝胶电解液；

技术总结
本发明属于锌离子电池技术领域，具体涉及一种咪唑基复合材料及其制备方法和应用、柔性水系锌离子电池。本发明提供了一种咪唑基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将酸酐和二氨基化合物混合，在保护气氛下进行固相反应，得到所述咪唑基复合材料。本发明将酸酐和二氨基化合物通过一步热处理即可得到所需的咪唑基复合材料，制备方法简便，成本低，反应条件温和，适合工业化生产。由本发明提供的制备方法得到的咪唑基复合材料中，扩大的π共轭结构能够改善酸酐小分子面临的衰减问题，同时稳定的骨架能够提升材料的循环性能。此外，柔性骨架保证了材料在不同电流密度下的稳定性，且具有很好的抗弯折性能。

技术研发人员：谷天天,王佳利,王刚,丁红,刘宸霄,刘鑫
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15