中國粉體網訊 鋰離子電池目前廣泛應用于各類便攜式電子設備，并有望在電動汽車和智能電網等領域大規模應用。高容量、可再生、綠色環保、低成本的鋰電池正極材料已成為當前的研究熱點。含有碳、氫、氧等元素的有機電極材料因其結構可設計性、對環境友好和廉價豐富等優點被認為是非常具有發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，導致其能量密度較低并且容量衰減比較嚴重。因此，如何設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，南開大學的陳軍院士團隊設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—環己六酮。通過分子設計可知（圖1a-c），在眾多有機羰基正極材料中，只由羰基構成的環酮材料由于不存在任何非電化學活性的結構單元，因而體現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計以及環己六酮的合成和反應機理
首先，研究人員通過脫水反應合成了環己六酮（圖1d）。通過紅外和拉曼等表征手段研究了環己六酮的反應機理，結果表明在充放電過程中發生了羰基和烯醇基團的相互轉化。而且進一步利用密度泛函理論計算了環己六酮脫嵌鋰的反應過程（圖2）。接著研究了環己六酮在鋰離子電池中的電化學性能，結果表明環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性能。該工作為高容量有機電極材料的設計、制備以及電池應用提供了一種新的思路。
圖2 環己六酮反應機理的理論計算模擬
（中國粉體網編輯整理/江岸）
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