本發明屬于電池領域制備，具體涉及一種雙芳香環類化合物在作為固態鋰電池的正極活性物質中的應用。

背景技術：

1、隨著全球能源需求的不斷增長和對環境可持續性的日益關注，高性能電池技術的發展顯得尤為重要。鋰離子電池因其高能量密度、長循環壽命和相對較高的安全性，已成為便攜式電子設備和電動汽車的主流選擇。

2、作為鋰電池類型之一的固態鋰電池(solid-state?lithium?battery，sslb)因其高能量密度、長循環壽命和高安全性，成為下一代電池技術的重要發展方向。其中，有機正極固態鋰電池由于較其他固態金屬鋰電池具有獨特的優勢，比如高比容量、良好的電化學穩定性等，已逐漸成為固態鋰電池的研究方向之一。

3、但是，現有技術中的有機正極固態電池放電電壓小于3.5v，放電電壓較低，影響了固態鋰電池的容量以及循環率等電化學性能；比如，deng等人使用3.4v電壓的2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰喹啉二甲烷(f4tcnq)作為正極，以固態peo-llzto作為電解質，在電流密度10mag-1，比容量為80mahg-1；再比如，sun等人使用有機正極材料菲三醌(pq)和鹵化物固體電解質li2zrcl6的全固態鋰電池，其平均放電電壓達到2.74v，比容量在248mahg-1。

技術實現思路

1、本發明發現將特定的雙芳香環類化合物作為固態鋰電池的正極活性物質，基于該正極活性物質制備的固態金屬鋰電池的放電電壓可以達到3.9v以上，顯著優于現有的有機正極固態電池放電電壓。

2、為了達到上述目的，本發明可以采用以下技術方案：

3、本發明一方面提供一種固態鋰電池，固態鋰電池包括正極活性物質，正極活性物質包括式i所示的雙芳香環類化合物中的一種或多種：

4、

5、式中，r1和r2分別獨立選自s、o或取代或未取代胺基，取代氨基的取代基為烷基。

6、優選地，上述n-取代烷基胺基中，烷基為支鏈烴基或直鏈烴基。

7、更優選地，上述烷基為直鏈烴基，直鏈烴基的碳原子數量≤5。

8、更優選地，上述雙芳香環類化合物選自吩惡噻、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、10-甲基吩噻嗪或噻蒽中的一種或多種組合。

9、優選地，上述固態鋰電池還包括固態電解質，固態電解質包括基底和基底表面的電解質材料，電解質材料包括聚合物和鋰鹽；或電解質材料包括聚合物、鋰鹽和離子液體。

10、更優選地，上述固態電解質滿足以下條件中的一種或多種：(a)聚合物選自pdadmatfsi、pdadmafsi或pdadmapf6中的一種或多種；(b)鋰鹽選自litfsi、lifsi或lipf6中的一種或多種組合；(c)離子液體為pyr13tfsi和/或pyr13fsi；(d)電解質材料包括聚合物和鋰鹽，聚合物和鋰鹽的質量比為(1-3):(1-2)；(e)電解質材料包括聚合物、鋰鹽和離子液體，聚合物、鋰鹽和離子液體的質量比為(1-3):(1-2):(2-3)；(f)基底的厚度為(e)基底的厚度為0.03mm-10mm；(g)基底為天然木質纖維漿液制備的膜狀物質。

11、更優選地，上述固態電解質的制備方法包括：將聚合物、鋰鹽、離子液體和第一溶劑混合得第一混合料；然后將第一混合料涂覆在基底上，第一干燥得固態電解質。

12、更優選地，上述固態電解質的制備方法滿足以下條件中的一種或多種：(i)第一溶劑選自n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺或丙酮中的一種或多種組合；(ii)第一干燥條件包括：干燥溫度為30℃-100℃，干燥時間為1h-36h。

13、優選地，上述正極活性物質還包括導電材料和粘合劑。

14、更優選地，上述正極活性物質滿足以下條件中的一種或多種：(a)導電材料選自superp、碳納米管、石墨烯或導電炭黑中的一種或多種組合；(b)粘合劑選自pdadmatfsi、pvdf或海藻酸鈉中的一種或多種組合；(c)雙芳香環類化合物、導電材料和粘合劑的質量比例為(4-8)：(1-5)：1。

15、更優選地，固態鋰電池包括正極，正極包括正極板和正極板表面的正極活性物質，正極的制備方法包括：將正極活性物質和第二溶劑混合，研磨得第二混合料；第二混合料與第二溶劑混合得第三混合料；將第三混合料涂覆在正極板上，第二干燥得正極。

16、更優選地，正極的制備方法滿足以下條件中的一種或多種：(i)正極活性物質的厚度為0.025mm-10mm；(ii)正極板為鋁制集流體，鋁制集流體中鋁含量大于5％；(iii)第二溶劑選自溶劑選自n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺或丙酮中的一種或多種組合；(iv)第二混合料中，雙芳香環類化合物、導電材料和粘合劑的總質量濃度為0.001g/ml-1g/ml；(v)第二干燥的溫度為30℃-120℃。

17、本發明再一方面提供一種雙芳香環類化合物在作為固態鋰電池的正極活性物質中的應用，雙芳香環類化合物的結構式如下所示：

18、式中，r1和r2分別獨立選自s、o或取代或未取代胺基，取代氨基的取代基為烷基。

19、更優選地，上述雙芳香環類化合物選自吩惡噻、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、10-甲基吩噻嗪或噻蒽。

20、本發明有益效果包括：

21、(1)本發明中將如式i所示的雙芳香環類化合物作為正極活性物質應用在固態鋰電池中制備得到的金屬鋰電池較現有的固態鋰電池具有更高的電壓，本發明中的金屬鋰電池的平均放電電壓可以高達3.9v以上，遠高于現有的有機正極基固態電池(低于3.5v)。

22、(3)本發明將如式i所示的雙芳香環類化合物作為正極活性物質分別應用在固態鋰電池和在離子液體電解質金屬鋰電池中進行對比，應用在固態鋰電池中的電化學性能更好，比如平均電壓更高，電池容量更大，衰減更慢。

技術特征：

1.固態鋰電池，其特征在于，固態鋰電池包括正極活性物質，正極活性物質包括式i所示的雙芳香環類化合物中的一種或多種：

2.根據權利要求1所述的固態鋰電池，其特征在于，烷基為支鏈烴基或直鏈烴基。

3.根據權利要求2所述的固態鋰電池，其特征在于，烷基為直鏈烴基，直鏈烴基的碳原子數量≤5。

4.根據權利要求1所述的固態鋰電池，其特征在于，雙芳香環類化合物選自吩惡噻、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、10-甲基吩噻嗪或噻蒽中的一種或多種組合。

5.根據權利要求1至4中任一項權利要求所述的固態鋰電池，其特征在于，固態鋰電池還包括固態電解質，固態電解質包括基底和基底表面的電解質材料，電解質材料包括聚合物和鋰鹽；或電解質材料包括聚合物、鋰鹽和離子液體。

6.根據權利要求5所述的固態鋰電池，其特征在于，固態電解質滿足以下條件中的一種或多種：

7.根據權利要求6所述的固態鋰電池，其特征在于，固態電解質的制備方法包括：將聚合物、鋰鹽、離子液體和第一溶劑混合得第一混合料；然后將第一混合料涂覆在基底上，第一干燥得固態電解質。

8.根據權利要求7所述的固態鋰電池，其特征在于，固態電解質的制備方法滿足以下條件中的一種或多種：

9.根據權利要求1至4、6至8中任一項權利要求所述的固態鋰電池，其特征在于，正極活性物質還包括導電材料和粘合劑。

10.根據權利要求9所述的固態鋰電池，其特征在于，正極活性物質滿足以下條件中的一種或多種：

11.根據權利要求10所述的固態鋰電池，其特征在于，固態鋰電池包括正極，正極包括正極板和正極板表面的正極活性物質，正極的制備方法包括：將正極活性物質和第二溶劑混合，研磨得第二混合料；第二混合料與第二溶劑混合得第三混合料；將第三混合料涂覆在正極板上，第二干燥得正極。

12.根據權利要求11所述的固態鋰電池，其特征在于，正極的制備方法滿足以下條件中的一種或多種：

13.雙芳香環類化合物作為固態鋰電池的正極活性物質中的應用，雙芳香環類化合物的結構式如下所示：

14.根據權利要求13所述的固態鋰電池，其特征在于，雙芳香環類化合物選自吩惡噻、5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪、10-甲基吩噻嗪或噻蒽。

技術總結
本發明屬于電池領域制備技術領域，具體涉及一種雙芳香環類化合物在作為固態鋰電池的正極活性物質中的應用，該雙芳香環類化合物包括式I所示化合物中的一種或多種：式中，R1和R2分別獨立選自S、O或取代或未取代胺基。基于上述的雙芳香環類化合物制備的固態鋰電池的放電電壓高于現有的固態鋰電池，并且電化學性能優于基于同種雙芳香環類化合物制備的液態鋰電池。

技術研發人員：梁沛祺,孫猛,左勇,苗新元,楊壯志,王緒斌
受保護的技術使用者：基輔理工（重慶）應用技術研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24