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锂离子电池(LIBs)由于受到锂资源匮乏、正极材料价格昂贵、石墨负极材料理论容量有限等问题的制约,难以满足日益增长的需求。而双离子电池(DIBs)由于其低成本、环境友好和高工作电压等特点已经引起了广泛关注。目前报道的双离子电池,正负极材料大多采用无机材料,具有不可持续的缺点。与无机材料相比,有机电极材料获得方法简单、低耗,可以采用降解或焚烧的方法回收处理,因此具有可持续发展、低成本和环境友好等优点。其中含氮有机电极材料具有良好电化学性能。因此,本论文合成了一系列含氮有机化合物,并研究其作为双离子电池的电极材料的电化学性能。具体研究内容如下:(1)设计、合成了一系列酞菁衍生物,对比显示:由于四氨基酞菁铜(Cu TAPc)具有双极性和自聚合的特性,因此展现出最好的电化学性能。基于双极性的特征,Cu TAPc可以组装成不同类型的电池。当与锂片组装成DIBs半电池时,Cu TAPc正极材料显示出优异的循环性能,在4 A g-1大电流密度下经过4000次循环后,仍保持74.3 m Ah g-1的高可逆容量;当与石墨组装成不对称DIBs时,Cu TAPc在0.3 A g-1电流密度下,可展现287.1/208.1 m Ah g-1的初始充放电容量;当自身组装成对称全有机DIBs时,0.2 A g-1电流密度下,初始充放电容量为133.2/110.9m Ah g-1,可以提供239 Wh kg-1的高能量密度和11.5 k W kg-1的功率密度。(2)设计、合成了一种金属有机框架(Cu TCNQ),将Cu TCNQ作为负极材料,石墨作为正极材料,分别组装了锂基双离子(LDIBs)和钠基双离子电池(SDIBs),均显示出良好的电化学性能。LDIBs在0.1 A g-1电流密度下的初始放电比容量为190.8 m Ah g-1,循环100次后,容量无明显衰减;同时具有较好的倍率性能,在5 A g-1电流密度下仍有106.2 m Ah g-1的放电比容量。而SDIBs则具有4.23 V的放电电压,在0.1 A g-1电流密度下提供76 m Ah g-1的放电容量,循环200次,可逆容量保留48 m Ah g-1。(3)设计、合成了一种基于苯二腈构建的共价三嗪框架(CTF-1),其显示出微孔结构和956 m2 g-1的高比表面积。将CTF-1正极材料与锂片构建DIBs半电池,在1.5-4.5 V电压窗口下,0.1 A g-1电流密度下循环100次后,可逆容量保留120 m Ah g-1,具有84.5%的容量保持率。将CTF-1正极材料与石墨负极材料构建DIBs全电池,表现出良好的循环性能,在100 m A g-1电流密度下循环300次后,容量无衰减。