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有机化合物可作为锂离子电池正极材料

时间:2015-10-31 0:19:30来源:本站原创浏览次数:
    目前国内外有很多研究在有机化合物作为锂离子电池正极材料方面进行了大量卓有成效的工作,特别是在含氧有机共轭化合物方面,一些电化学活性高的含氧官能团及其分子结构对有机正极化合物的设计具有重要的指导和借鉴意义,其中关于解决有机物正极材料在电解液中的溶解、导电率偏低等问题的方法也有很多可借鉴之处。作为锂离子正极活性材料的有机化合物分子,要实现优良的电化学性能,必须考虑以下三个方面的因素: ①实现锂离子在充放电过程的入嵌与脱嵌; ②在电解液中不溶解;③具备一定的导电性能。
    目前,已有的含氧有机化合物正极材料的研究从大量导电剂的添加、羰基化合物的锂/钠盐化、羰基化合物的聚合过程等方面进行了许多改进措施,取得了一定的成效,但仍然存在以下问题:
①导电剂的加入虽然在一定程度上改善溶解性和导电性能,更大程度的体现出有机材料的性能,另一方面导电剂也会贡献一部分容量,但是大量导电剂的增加会引起活性物质的比例下降,造成电极容量的降低,而且会导致不可逆容量的增加;
②锂盐化措施虽然可以降低溶解性,但会额外引入的多个非电化学活性的 Li+ -O-官能团,导致比容量降低,而且官能团 Li+ -O-的供电子效应使相应的小分子共轭羰基化合物的氧化还原电位下降,不利于正极材料的性能发挥;
③聚合过程虽然可以有效降低溶解性,但是会引入了没有化学活性的组分( 如偶联单元) 而导致比容量降低,且聚合物低的导电性和单体间大的电荷排斥力引起的较慢的离子/电子传输速率,同时聚合物在充放电过程中的溶胀性及其本身的凝聚态结构也会对锂离子的扩散迁移速率产生影响。
    为了同时解决这些难题,未来的研究应在现有研究的基础上,扬长避短,设计一些特殊官能团结构的有机化合物,比如将上述含氧共轭基团取代到大环共轭结构体系中,既能实现锂离子在充电和放电过程的入嵌与脱嵌,采用多取代活性点位又实现较高的理论比容量。大环共轭体系一方面可以降低在电解液中的溶解性能,进一步提高锂离子电池放电容量和循环稳定性能,另一方面还能提高导电性能。绿色可持续能源是今后发展的方向,随着世界各国对可持续发展能源的重视,有机材料电池必将引起更多的关注。
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