本发明属于快充电池，特别涉及一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着新能源电动汽车、便携式智能设备和国家智能电网的深入和不断发展，对先进储能设备的需求越来越大。锂离子电池(libs)作为一项技术革新，在未来可以进一步协助推动各行业向碳中和方向发展。然而，目前研发的电动汽车行驶里程有限，充电时间过长，无法满足大多数消费者对远距离驾驶的需求。因此，快速充电技术的迅速发展对于缓解里程焦虑至关重要。目前，市面上现有的libs通常采用层状过渡金属氧化物作为正极，石墨作为负极，并配置液态电解液。在快速充电条件下，结构坍塌、不稳定界面和电解质分解都会加速性能退化，加大安全风险。因此，构建具有稳定输出性能和超长使用寿命的快充电池(fcbs)具有重大研究价值。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：现有的商业化电池很难实现优异且稳定的快速充电性能，关键在于优化充放电过程中的传质过程；除此以外，高温条件下的稳定循环能力和安全性同样需要考虑。本发明基于分子结构设计，提出一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池。该全共价有机框架纳米纤维有机电池可对充放电过程中的传质过程进行合理优化，并能够实现优异电化学性能和长效使用寿命，从而满足高性能快充电池的市场需求。
2、本发明提供了一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池，包括正极材料、隔膜和负极材料；所述正极材料和负极材料为亚胺键链接的共价有价框架纳米纤维材料，其具有固有孔径和纳米纤维交织而成的多级孔道结构；所述隔膜为基于共价有机框架的复合纤维电池隔膜，其具有固有孔径、颗粒间隙孔径和纳米纤维交织而成的多级孔道结构；所述电池具有共价有机框架固有孔径以及纤维交织而成的孔道所形成的多级孔道结构。
3、优选的，所述亚胺键链接的共价有价框架纳米纤维材料由胺类单体和醛类单体进行希夫碱反应而得。
4、优选的，所述基于共价有机框架的复合纤维电池隔膜由纺丝聚合物和胺类单体制备静电纺丝膜，得到的静电纺丝膜再与醛类单体采用原位生长和热压工艺而得。
5、优选的，所述胺类单体为2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、1,3,5-三(4-氨基苯基)胺、对苯二胺、1,3,5-三氨基苯中的一种或几种。
6、化学式如下：
7、
8、优选的，所述醛类单体为均苯三甲醛、对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛、三醛基间苯三酚、三(4-甲酰苯基)胺、1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯、4,4',4”-(1,3,5-三嗪环-2,4,6-三基)三苯甲醛中的一种或几种。
9、化学式如下：
10、
11、优选的，所述纺丝聚合物为聚丙烯腈，分子量为5000-150000。
12、本发明还提供了一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池的制备方法，包括如下步骤：
13、(1)将胺类单体和醛类单体溶解在混合溶剂体系中并置于高压反应釜内进行希夫碱反应，得到亚胺键链接的共价有价框架纳米纤维材料，作为正极材料和负极材料；
14、(2)将纺丝聚合物和胺类单体溶解在dmf溶液中，制成纺丝液，采用静电纺丝法制备静电纺丝膜；得到的静电纺丝膜再与醛类单体在混合溶剂体系中并置于高压反应釜内采用原位生长和热压工艺得到基于共价有机框架的复合纤维电池隔膜；
15、(3)将上述正极材料、负极材料进行预埋化，利用电解液和隔膜进行组装，即得快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池。
16、优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中的混合溶剂体系为邻二氯苯/乙醇、正丁醇/邻二氯苯、n,n-二甲基乙酰胺/均三甲苯、二氧六环/均三甲苯中的一种或几种。
17、优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中的胺类单体与醛类单体的摩尔比为1：(0.5～4)。所述胺类单体与醛类单体在混合溶剂体系的总质量百分比为1：(2～10)。
18、优选的，所述步骤(1)中的希夫碱反应温度为60～240℃，反应时间为1～7天。
19、优选的，所述步骤(1)和(2)中还包括加入乙酸，所用乙酸浓度为0.5～12m，加入量为高压反应釜体积的0.1～2vol％。
20、优选的，所述步骤(2)中的胺类单体和纺丝聚合物的质量比为1：(1～2)。
21、优选的，所述步骤(2)中的纺丝液中纺丝聚合物的质量浓度为5～20wt％。
22、优选的，所述步骤(2)中的纺丝液的搅拌温度为25～80℃，搅拌时长为6～72h。
23、优选的，所述步骤(2)中的静电纺丝的速率设置为0.2～2ml·h-1，工作电压在8～20kv，、收集器转速为100-200rpm，针头和收集器之间距离为5～30cm。
24、优选的，所述步骤(2)中的原位生长温度为60～240℃，时间为1～7天。
25、优选的，所述步骤(2)中的热压工艺参数为：热压的温度为80～180℃，热压的压力为2～10mpa，热压的时间为1～10分钟。
26、优选的，所述步骤(3)中的预埋化为正极材料预理化、负极材料预理化、正负极材料均预理化中的一种。
27、优选的，所述步骤(3)中的电解液添加量为20～400μl。
28、优选的，所述步骤(3)中的电解液成分为1m lipf6 in dmc:ec:emc＝1:1:1vol％、1m lipf6 in dec:ec＝1:1vol％、1m lipf6 in dmc:ec＝1:1vol％、1m lipf6 in ec:emc＝3:7vol％、1m lipf6 in ec:dmc＝3:7wt％中的一种。
29、本发明还提供了一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池在电动汽车中的应用。
30、有益效果
31、(1)本发明的亚胺键链接的共价有价框架纳米纤维材料兼备双极化活性位点和较宽层间距，用于正极材料以实现快速离子传输和高电位需求，用于负极材料以实现高性能和均质锂离子传输；
32、(2)本发明的基于共价有机框架的复合纤维电池隔膜以实现更好的离子传输、更高的工作温度和更好的传质调节；
33、(3)本发明的全共价有机框架纳米纤维有机电池得益于合理的分子框架设计和多级孔道结构构建，分子框架设计即实现高能量密度的正极材料、高离子存储的负极材料和更好离子传输的隔膜材料，多级孔道结构即构建共价有机框架固有孔径、共价有机框架颗粒的间隙孔道以及纤维交织而成的孔道；这一分子框架和孔道设计可对充放电过程中的传质过程进行合理优化，并能够实现优异电化学性能和长效使用寿命，从而满足高性能快充电池的市场需求；
34、(4)本发明的制备工艺简单，设备机器成熟，能够实现规模化生产。
1.一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池，其特征在于：包括正极材料、隔膜和负极材料；所述正极材料和负极材料为亚胺键链接的共价有价框架纳米纤维材料，其具有固有孔径和纳米纤维交织而成的多级孔道结构；所述隔膜为基于共价有机框架的复合纤维电池隔膜，其具有固有孔径、颗粒间隙孔径和纳米纤维交织而成的多级孔道结构；所述电池具有共价有机框架固有孔径以及纤维交织而成的孔道所形成的多级孔道结构。
2.根据权利要求1所述的一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池，其特征在于：所述亚胺键链接的共价有价框架纳米纤维材料由胺类单体和醛类单体进行希夫碱反应而得。
3.根据权利要求1所述的一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池，其特征在于：所述基于共价有机框架的复合纤维电池隔膜由纺丝聚合物和胺类单体制备静电纺丝膜，得到的静电纺丝膜再与醛类单体采用原位生长和热压工艺而得。
4.根据权利要求2或3所述的一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池，其特征在于：所述胺类单体为2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、1,3,5-三(4-氨基苯基)胺、对苯二胺、1,3,5-三氨基苯中的一种或几种。
5.根据权利要求2或3所述的一种快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池，其特征在于：所述醛类单体为均苯三甲醛、对苯二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛、三醛基间苯三酚、三(4-甲酰苯基)胺、1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯、4,4',4”-(1,3,5-三嗪环-2,4,6-三基)三苯甲醛中的一种或几种。
6.一种如权利要求1-5任一所述的快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池的制备方法，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中的混合溶剂体系为邻二氯苯/乙醇、正丁醇/邻二氯苯、n,n-二甲基乙酰胺/均三甲苯、二氧六环/均三甲苯中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中的胺类单体与醛类单体的摩尔比为1：(0.5～4)。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的胺类单体和纺丝聚合物的质量比为1：(1～2)。
10.一种如权利要求1-5任一所述的快充型全共价有机框架纳米纤维有机电池在电动汽车中的应用。
