【摘 要】
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现阶段已经商业化的锂离子电池（Lithium-ion Batteries,LIBs）的正极材料基本都是无机物,它们不仅能量密度已达到瓶颈,并且主要来源于矿石而非可再生能源。无机正极存在的成本问题和环境问题加速了对地球上储量丰富且利于可持续发展的有机正极材料的需求。此外,相比无机正极,有机正极材料还可以通过设计特定的结构达到高的能量密度和优秀的循环稳定性。但目前有机正极的商业化仍面临诸多挑战,其中一
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现阶段已经商业化的锂离子电池（Lithium-ion Batteries,LIBs）的正极材料基本都是无机物,它们不仅能量密度已达到瓶颈,并且主要来源于矿石而非可再生能源。无机正极存在的成本问题和环境问题加速了对地球上储量丰富且利于可持续发展的有机正极材料的需求。此外,相比无机正极,有机正极材料还可以通过设计特定的结构达到高的能量密度和优秀的循环稳定性。但目前有机正极的商业化仍面临诸多挑战,其中一个主要的问题是小分子有机正极活性物质在有机电解液中的高溶解度会导致电池综合电化学性能尤其是循环稳定性的下降。针对上述问题,本工作介绍了一种新型的在大多数有机电解液中基本不溶的小分子有机化合物[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺的合成,纯化和表征。并将[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺作为正极活性物质应用于锂离子电池,探究了电解液及其浓度、导电添加剂与粘结剂等对[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺锂离子半电池性能的影响。实验结果表明,使用醚类电解液,科琴黑作为导电碳添加剂,LA133水溶液为粘结剂,可使[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺顺利发挥其电化学活性。并基于溶剂为1,3-二氧戊环/乙二醇二甲醚（1,3-Dioxolane/1,2-Dimethoxyethane,DOL/DME）,电解质盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂（Lithium Bis（trifluoromethanesulfonyl）imide,Li TFSI）的电解液体系研究了其浓度对电池性能的影响,发现浓度为3 mol/L时锂离子半电池的综合表现较好。在3.6-1.1 V的电压区间内,[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺的峰值比容量达229 m Ah/g（碳空白容量约为35 m Ah/g）,循环3个月后容量保持率仍大于82%。基于[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺在锂离子半电池中的表现,本工作进一步采用对苯二甲酸锂（Lithium Terephthalate,Li2TP）的还原态（Li4TP）代替金属锂片作为负极,与[N,N’-双（2-蒽醌）]-苝-3,4,9,10-四羧基二亚胺正极构建出全有机锂离子电池（All-Organic Lithium-ion Batteries,OLIBs）。得到的OLIBs在3.2-0.2 V的电压区间内可以实现超过20000次循环的长寿命,并达到296 Wh/kg正极的能量密度。
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