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环己六酮锂电正极容量刷新世界纪录

   日期:2019-05-28     来源:中国化工报    浏览:3410    

  近日,中国科学院院士、南开大学化学学院教授陈军团队设计合成了一种具有超高容量的锂离子电池有机正极材料——环己六酮,刷新了锂离子电池有机正极材料容量的世界纪录。

  该环己六酮材料的能量密度高达1533Wh/kg,远高于目前商品化的锂离子电池正极材料,以及目前研究报道的其他有机正极材料。此项研究将有机正极材料的能量密度提高到一个新的水平,对为未来高容量有机电极材料的设计、制备和电池应用提供新思路。

  锂离子电池的容量、能量密度等性能由正极限量。另外,现有锂电池正极材料包含钴等金属元素,合成工艺涉及选矿、冶炼、回收等技术,存在资源匮乏、环境污染等难题。因此,高容量、可再生、绿色环保、低成本的锂电池正极材料已成为当前该领域的研究热点和重点。

  研究人员把目标锁定在环己六酮,因为它在众多有机羰基正极材料中具?#24515;?#21069;最高的理论比容量(957mAh/g),但其易与水反应生成稳定水合物,也因此一直末被成功合成。研究人员首先发展了一种脱水反应新方法,通过精确控制脱水反应的温度和压力,实现了环己六酮材料的合成。

  但环己六酮易溶解在基于有机酯类和醚类的锂离子电解液中,导致其循环寿命较短。为解决此问题,该团队结合相似相溶原理,采用基于离子液体的电解液,并经过系列优化,发现离子液体较大的极性能够使环己六酮的溶解度降低。该方法提高了环己六酮的循环寿命,为环己六酮进一步的实际应用奠定了基础。

  随后,研究人员还研究了环己六酮材料在锂离子电池中的充放电反应机理和电化学性能,结果表明环己六酮的放电比容量可达902mAh/g,为目前已知的有机电极材料容量最高值,组装的电池还体现了长循环寿命等特征。

 
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