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(dòng)汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。


但現(xiàn)有的鋰離子電池正極材料包含金屬鈷等元素，需要選礦、冶煉、回收等技術(shù)，存在資源匱乏、環(huán)境污染等難題。近期，中國(guó)科學(xué)院院士、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳軍團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種具有超高容量的鋰離子電池有機(jī)正極材料——環(huán)己六酮，該材料包含地球豐富的碳、氫、氧元素，且此類有機(jī)正極材料展現(xiàn)了鋰離子電池目前所報(bào)道的最高容量值，刷新了鋰離子電池有機(jī)正極材料容量的世界紀(jì)錄。相關(guān)成果發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。


第一作者為南開大學(xué)博士生盧勇，通訊作者為陳軍，南開大學(xué)為唯一的作者單位。

南開大學(xué)頂刊：刷新世界紀(jì)錄！鋰離子電池領(lǐng)域獲突破

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(diǎn)。


含有碳、氫、氧等元素的有機(jī)電極材料因其結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、對(duì)環(huán)境友好和廉價(jià)豐富等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是非常具有可持續(xù)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(shí)際容量不高、易溶于有機(jī)電解液等問題，導(dǎo)致其能量密度較低、容量衰減比較嚴(yán)重。因此，如何克服這兩大難題，設(shè)計(jì)合成具有超高容量的有機(jī)正極材料、解決其在電解液中的溶解問題具有非常重要的意義。

“通過分子設(shè)計(jì)可知，在眾多有機(jī)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。”


陳軍介紹，團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)過程中，首先通過脫水反應(yīng)合成了環(huán)己六酮，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(jī)理，結(jié)果表明在充放電過程中發(fā)生了羰基和烯醇基團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化。