中國粉體網(wǎng)訊    鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于各類便攜式電子設(shè)備，并有望在電動汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。高容量、可再生、綠色環(huán)保、低成本的鋰電池正極材料已成為當(dāng)前的研究熱點。含有碳、氫、氧等元素的有機電極材料因其結(jié)構(gòu)可設(shè)計性、對環(huán)境友好和廉價豐富等優(yōu)點被認為是非常具有發(fā)展前景的下一代鋰離子電池正極材料。然而，該類材料仍面臨著實際容量不高（< 600 mAh g^-1）和易溶于有機電解液等問題，導(dǎo)致其能量密度較低并且容量衰減比較嚴(yán)重。因此，如何設(shè)計合成具有超高容量的有機正極材料并解決其在電解液中的溶解問題具有非常重要的意義。

近期，南開大學(xué)的陳軍院士團隊設(shè)計合成并研究了一種具有超高容量的鋰離子電池正極材料—環(huán)己六酮。通過分子設(shè)計可知（圖1a-c），在眾多有機羰基正極材料中，只由羰基構(gòu)成的環(huán)酮材料由于不存在任何非電化學(xué)活性的結(jié)構(gòu)單元，因而體現(xiàn)目前的最高理論比容量（957 mAh g^-1）。

圖1 高容量有機羰基正極材料的分子設(shè)計以及環(huán)己六酮的合成和反應(yīng)機理

首先，研究人員通過脫水反應(yīng)合成了環(huán)己六酮（圖1d）。通過紅外和拉曼等表征手段研究了環(huán)己六酮的反應(yīng)機理，結(jié)果表明在充放電過程中發(fā)生了羰基和烯醇基團的相互轉(zhuǎn)化。而且進一步利用密度泛函理論計算了環(huán)己六酮脫嵌鋰的反應(yīng)過程（圖2）。接著研究了環(huán)己六酮在鋰離子電池中的電化學(xué)性能，結(jié)果表明環(huán)己六酮的放電比容量可達902 mA h g^-1，平均放電平臺在1.7 V左右。此外，由于環(huán)己六酮在高極性的離子液體中的溶解度較低，使得其在離子液體基的電解液中具有較好的循環(huán)性能。該工作為高容量有機電極材料的設(shè)計、制備以及電池應(yīng)用提供了一種新的思路。

圖2 環(huán)己六酮反應(yīng)機理的理論計算模擬

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）

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