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发展先进的储能方式是开发新能源技术的关键。目前,锂离子电池以其高能量密度被认为是下一代电动汽车以及储能电站等应用的理想选择。然而,由于受到正极材料结构的限制,进一步提高电池的能量密度和功率密度十分困难；此外,目前锂离子电池还存在成本较高、锂资源短缺和安全性等问题。因此,发展新的储能体系是当前二次电池研究的重要课题。有机聚合物具有结构多样、资源丰富、环境友好等特点,采用氧化还原活性聚合物开发全有机二次电池,正成为能源领域的研究热点。本论文旨在探索全有机电池正负极材料,构建在储能密度、功率密度、环境资源效益等方面更具有优势的储能体系。主要研究内容和结果如下：1.研究了聚三苯胺(PTPAn)(?)乍为二次电池正极材料的电化学性质。聚三苯胺及其衍生物的结构中既具有导电性良好的聚对苯主链结构,又具有高能量密度的聚苯胺结构,兼高能量密度和高功率密度特性。据此,我们采用化学氧化法合成了聚4-氰基三苯胺和聚4-硝基三苯胺,期望通过在三苯胺的4位上修饰拉电子基团以提高这些聚合物的氧化还原电位,从而获得到更高的比能量。实验结果表明：该类聚合物的充放电过程为阴离子的掺杂-脱掺杂。聚4-氰基三苯胺电极在锂离子电解液中首周放电比容量为83mAh g-1,平均充放电电压为3.9V,且循环100周容量无明显衰减；以4C(1C=99.8mAg-1)的电流密度充放电时,仍有55mAh g-1的比容量。相同条件下,聚4-硝基三苯胺电极首周放电比容量为70mAh g-1,平均充放电电压为3.9V,且循环100周容量为64.3mAh g-1,与首周比容量相比具有91.8%的保持率；以320mAg-1的电流密度充放电时,仍具有接近50mAh g-1的比容量。两种聚合物都表现出较好的循环稳定性和大电流充放电性能,且合成方法简单易操作,有望成为低成本、环境友好的有机正极材料。2.研究了聚合物储锂及储钠负极材料。基于以往对聚噻吩以及聚噻吩衍生物的研究,设计合成了结构规整、分子量较大的聚联二噻吩(PBT),并通过简单球磨制备了PBT/C复合材料,进而考察了这种复合物材料作为锂离子和钠离子电池负极材料时的电化学行为。实验结果表明：该聚合物作为电池负极时的充放电过程是通过阳离子的掺杂-脱掺杂而实现。在用于锂离子电池时,复合物正极在1.25V和2.25V处表现出两个放电电压平台,经过十几周充放电循环,容量稳定在-850mAh g-1,且在随后的几十周循环过程中保持稳定;当电流密度增大到近4C (1C=318mAg-1)时,仍有280mAh g-1的比容量,表现出了良好的循环稳定性和大电流充放电性能。在钠离子电池中,这种复合物电极经过几十周充放电循环,容量稳定在-400mAh g-1,表明该材料具有可逆的储钠能力。3.为了寻找合适的全有机电池负极材料,本工作采用过渡金属催化的氧化偶联方法,现场合成了分子量较大、结构较为规整、导电性良好的PDHT/碳复合材料。考察了该复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学行为,并将其与聚三苯胺组装了全有机电池,验证了该复合物作为全有机电池负极材料的可行性。实验结果表明,在锂离子电池中,复合物电极在0.02-3.0V之间充放电,掺杂反应的电位低于+0.6V,容量可达-300mAh g-1.在随后的100周循环过程中,这种材料的可逆容量基本不衰减,即使电流密度增大到近400mA g-1时,仍具有120mAh g-1的比容量,表现出了良好的循环稳定性和大电流充放电性能。组装的全有机电池在3.5-0.5V的电压区间,40mA g-1的电流密度下进行充放电测试,充放电电压平台在～3.0V。以负极材料的活性物质质量为标准,实际扣式电池的放电容量,-250mAh g-10这一结果为后续构建全有机电池提供了经验。4.大多的聚合物链段结构对掺杂离子的选择较为敏感。体积较大的阴离子一般掺杂度很低,因此很难实现较高的电化学利用率。为解决这一问题,我们合成了自掺杂聚合物--聚N-(3-丙基磺酸钠)吡咯(PP-PS),探索了这种材料作为钠离子二次电池正极材料的可行性。实验结果表明,该聚合物作为钠离子正极材料使用时,其氧化还原机理是Na+脱-嵌机理。在2.0-4.0V电压区间充放电,这种聚合物电极具有-90mAh g-1的放电比容量,且循环较稳定。这一结果提供了一种通过改变聚合物掺杂离子种类改善电化学容量的方法。5.采用同一种聚合物的p-型和n-型氧化还原性质,将其作为正负极材料构建了全有机电池。我们发现,聚对苯((C6H4)。或者PPP)既具有p-掺杂活性又具有n-掺杂活性,同时聚对苯的结构具有高导电率,可能兼具高能量密度和高功率密度。实验结果表明,PPP电极在锂离子电解液中,0-3.0V电压区间充放电,掺杂电位平台低于1.5V,经过十几周循环容量稳定在-600mAh g-1,且在随后的几十周循环过程中无明显衰减；当电流密度增大到1280mA g-1时,仍具有200mAh g-1的比容量,表现出了良好的循环稳定性和大电流充放电性能。同时,PPP电极在3.0-4.6V之间充放电,电压平台在～4.2V,放电容量为80mAh g-1,且循环100周容量无明显衰减,表明该材料可以作为锂离子电池正极材料使用。以PPP组装的全有机电池在1.0-4.0V之间充放电,电压平台为～3.0V且电池经过几十周充放电循环,仍具有～150mAh g-1的容量,证实了基于聚合物的全电池的可行性。