環己六酮鋰電正極容量破紀錄

發布日期:2019-09-30
所屬行業: 機械電子 進展階段: 可行性研究 所屬地區: 北京

近日,中國科學院院士、南開大學化學學院教授陳軍團隊設計合成了一種具有超高容量的鋰離子電池有機正極材料——環己六酮,刷新了鋰離子電池有機正極材料容量的世界紀錄。
  該環己六酮材料的能量密度高達1533Wh/kg,遠高于目前商品化的鋰離子電池正極材料,以及目前研究報道的其他有機正極材料。此項研究將有機正極材料的能量密度提高到一個新的水平,對為未來高容量有機電極材料的設計、制備和電池應用提供新思路。
  鋰離子電池的容量、能量密度等性能由正極限量。另外,現有鋰電池正極材料包含鈷等金屬元素,合成工藝涉及選礦、冶煉、回收等技術,存在資源匱乏、環境污染等難題。因此,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該領域的研究熱點和重點。
  研究人員把目標鎖定在環己六酮,因為它在眾多有機羰基正極材料中具有目前最高的理論比容量(957mAh/g),但其易與水反應生成穩定水合物,也因此一直末被成功合成。研究人員首先發展了一種脫水反應新方法,通過精確控制脫水反應的溫度和壓力,實現了環己六酮材料的合成。
  但環己六酮易溶解在基于有機酯類和醚類的鋰離子電解液中,導致其循環壽命較短。為解決此問題,該團隊結合相似相溶原理,采用基于離子液體的電解液,并經過系列優化,發現離子液體較大的極性能夠使環己六酮的溶解度降低。該方法提高了環己六酮的循環壽命,為環己六酮進一步的實際應用奠定了基礎。
  隨后,研究人員還研究了環己六酮材料在鋰離子電池中的充放電反應機理和電化學性能,結果表明環己六酮的放電比容量可達902mAh/g,為目前已知的有機電極材料容量最高值,組裝的電池還體現了長循環壽命等特征。