本申請涉及有機光電材料，特別涉及一種以三嗪為核心的有機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、使用壽命長的新型二次電池，被廣泛應(yīng)用于移動電源、電動車、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能的主要動力源。隨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、有機材料的可設(shè)計性以及化學(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引入更多的活性官能團、改變官能團種類以及引入相應(yīng)取代基來調(diào)控，從而設(shè)計出高性能的新型有機電極材料。例如專利cn117024689b公開了一種炔基修飾的三嗪環(huán)共價有機框架材料及其制備方法、鋰硫電池正極、鋰硫電池，三嗪環(huán)共價有機框架材料具有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，小分子有機電極材料具有來源豐富、合成簡單、價格低廉等優(yōu)勢，但通常在有機電解液中易于溶解，會引起“穿梭效應(yīng)”，導(dǎo)致容量低、庫侖效率低、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)性能的有機小分子材料十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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

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

3、

4、式i中，l1、l2、l3獨立的選自單鍵、吡嗪、對苯醌，ar1、ar2、ar3獨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、一些實施例中，所述基團ar1、ar2、ar3獨立的選自以下基團：

6、

7、一些實施例中，所述基團ar1、ar2、ar3獨立的選自基團

8、第二方面，本申請還提供了上述以三嗪為核心的有機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、過濾、濃縮、過柱，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、充氮氣，加入無水n,n-二甲基甲酰胺溶解，加熱進行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，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，充氮氣，之后加入甲苯、乙醇和水溶解，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，即得到有機小分子材料s。

12、第三方面，本申請還提供了以三嗪為核心的有機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、過濾、濃縮、過柱，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、充氮氣，加入無水n,n-二甲基甲酰胺溶解，加熱進行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，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，抽真空充氮氣，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻、萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，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、充氮氣，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，即得到有機小分子材料b。

17、一些實施例中，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、一些實施例中，無水n,n-二甲基甲酰胺可以替換為甲苯。

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

24、第四方面，本申請?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小分子材料s或有機小分子材料b。

25、本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來的有益效果包括：(1)本申請獲得的有機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，通過改變活性基團的數(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)計性以及化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性較強，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?zhí)峁┑挠袡C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?zhí)峁┑挠袡C小分子材料不受嵌入離子的限制，相同的有機材料不僅可以用于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等)、甚至多價金屬離子電池體系(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小分子材料，其特征在于，所述有機小分子材料的結(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小分子材料，其特征在于，所述基團ar1、ar2、ar3獨立的選自以下基團：

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

4.權(quán)利要求1-3任一項所述以三嗪為核心的有機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，抽真空充氮氣，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻、萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，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、充氮氣，加入甲苯、水和乙醇溶解，加熱反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，即得到有機小分子材料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小分子材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及有機光電材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以三嗪為核心的有機小分子材料及其制備方法、鋰離子電池。本申請?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、過濾、濃縮、過柱，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，加入無水N,N?二甲基甲酰胺溶解，加熱進行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，萃取、干燥、過濾、濃縮、過柱，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、過濾、濃縮、過柱，即得到有機小分子材料S。

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