一种负极材料及其制备方法和应用

本发明属于水系电池，尤其涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，传统锂离子电池凭借高放电容量与高能量密度的优势，在电化学储能领域得到广泛应用。但锂资源储量稀缺、价格昂贵，且电池体系采用易燃有机电解液，存在严重的安全隐患，同时金属负极易产生枝晶问题，极大制约了锂离子电池在大规模储能领域的进一步发展。在此背景下，以nh4+为电荷载体的水系铵离子电池（aaibs）应运而生，并凭借自身独特优势成为新型储能体系的研究热点。相比传统锂离子电池，aaibs具有低成本、高安全性、反应动力学优越等独特优势，被认为是具有优越潜力的大规模储能设备和可穿戴电子设备器件。负极材料作为aaibs组成的关键一环，对其电化学性能和循环稳定性等主要指标具有显著影响。

2、自2017年首次报道以来，水系铵离子电池（aaibs）发展迅速。其无机电极材料（如普鲁士蓝类似物、过渡金属氧化物、层状双金属氢氧化物）虽取得一定进展，但在循环过程中因nh4+诱导的体积膨胀易发生结构降解。相比之下，有机电极材料因结构多样、环境友好、体积电荷调控能力强及丰富的氧化还原活性基团（c=o、c=n），成为了aaibs负极材料的有力竞争者。目前aaibs有机电极材料研究主要集中于cof和聚合物，虽初步解决了nh4+在插入过程中由于离子尺寸大而导致体积膨胀造成结构破坏的问题，但仍面临合成复杂、单体昂贵、聚合物分子精度不足等限制。因此，设计和合成制备方法简单、活性位点多、循环稳定性好的有机小分子负极材料对于推进铵离子电池的发展至关重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和应用。本发明将2-氨基-3-羟基吩嗪与三醛基化合物作为反应原料，制备了一系列吩嗪席夫碱类化合物作为aaibs的负极材料。通过本发明的制备方法，成功将具有极性的羟基官能团引入到了有机小分子材料的分子骨架之中，从而构建了氢键网络，有效抑制了材料活性组分在水系电解液中的溶解和流失，实现了铵离子的高效与稳定的可逆存储。本发明的制备方法简便，且反应条件温和，适合工业化生产。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种负极材料，所述负极材料包括吩嗪席夫碱类化合物，所述吩嗪席夫碱类化合物的结构式如下所示：

4、。

5、优选的，所述吩嗪席夫碱类化合物的制备方法包括：将2-氨基-3-羟基吩嗪与三醛基化合物混合，进行加热回流，而后将反应后的混合物过滤、洗涤、干燥，即得到吩嗪席夫碱类化合物。

6、优选的，所述2-氨基-3-羟基吩嗪与三醛基化合物的摩尔比为0.8～1.2：2.8～3.2。

7、优选的，所述三醛基化合物包括三醛基间苯三酚、均苯三甲醛和2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪。

8、优选的，所述加热回流的温度为100～120℃，时间为12～14h。

9、优选的，所述干燥的温度为60~80℃，时间为6~12h。

10、本发明还提供了一种负极材料在制备水系铵离子电池负极中的应用。

11、本发明还提供了一种负极材料电极片，包括上述所述的吩嗪席夫碱类化合物。

12、优选的，所述一种负极材料电极片的制备方法，包括：将吩嗪席夫碱类化合物、科琴黑、pvdf混合后，分散在n-甲基吡咯烷酮中，而后将混合物涂覆在负极集流体上，进行干燥，即得到负极材料电极片。

13、本发明还提供了上述一种负极材料电极片在制备水系铵离子电池中的应用。

14、本发明有益效果：

15、（1）本发明提供的制备方法简便，成本低，反应条件温和，适合工业化生产；

16、（2）本发明提供的制备方法得到的吩嗪席夫碱类化合物，在提高共轭度的同时构建了氢键网络，成功抑制了有机小分子材料的溶解，实现铵离子的高效可逆存储与长周期稳定循环。

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括吩嗪席夫碱类化合物，所述吩嗪席夫碱类化合物的结构式如下所示：

2.根据权利要求1所述的一种负极材料，其特征在于，所述吩嗪席夫碱类化合物的制备方法包括：将2-氨基-3-羟基吩嗪与三醛基化合物混合，进行加热回流，而后将反应后的混合物过滤、洗涤、干燥，即得到吩嗪席夫碱类化合物。

3.根据权利要求2所述的一种负极材料，其特征在于，所述2-氨基-3-羟基吩嗪与三醛基化合物的摩尔比为0.8～1.2：2.8～3.2。

4.根据权利要求2所述的一种负极材料，其特征在于，所述三醛基化合物包括三醛基间苯三酚、均苯三甲醛和2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪。

5.根据权利要求2所述的一种负极材料，其特征在于，所述加热回流的温度为100～120℃，时间为12～14h。

6.根据权利要求2所述的一种负极材料，其特征在于，所述干燥的温度为60~80℃，时间为6~12h。

7.权利要求1至6任意一项所述的一种负极材料在制备水系铵离子电池负极中的应用。

8.一种负极材料电极片，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的吩嗪席夫碱类化合物。

9.权利要求8所述的一种负极材料电极片的制备方法，其特征在于，包括：将吩嗪席夫碱类化合物、科琴黑、pvdf混合后，分散在n-甲基吡咯烷酮中，而后将混合物涂覆在负极集流体上，进行干燥，即得到负极材料电极片。

10.权利要求8所述的一种负极材料电极片在制备水系铵离子电池中的应用。