【摘 要】
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有机电极材料具有理论容量高、原料丰富、可设计性强、可回收且无重金属污染等优点。其中羰基类化合物因电化学反应速度快、不受反应体系限制,可同时应用于多种金属离子电池的储能,受到广大研究者们的关注。然而有机材料易溶解在电解液中,导致电池的容量迅速衰减。在0.2 C下,小分子多羰基化合物,芘-4,5,9,10-四酮（pyrene-4,5,9,10-tetraone,PTO）,理论容量为409 m Ah g
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有机电极材料具有理论容量高、原料丰富、可设计性强、可回收且无重金属污染等优点。其中羰基类化合物因电化学反应速度快、不受反应体系限制,可同时应用于多种金属离子电池的储能,受到广大研究者们的关注。然而有机材料易溶解在电解液中,导致电池的容量迅速衰减。在0.2 C下,小分子多羰基化合物,芘-4,5,9,10-四酮（pyrene-4,5,9,10-tetraone,PTO）,理论容量为409 m Ah g-1,在循环50圈后,它的锂离子和钠离子电池容量都会迅速衰减至100 m Ah g-1以下。本论文通过在PTO的2号和7号位置上,对多羰基化合物PTO进行了结构优化,通过引入2个刚性基团邻苯二甲酰亚胺,构造了一种新型的近平面分子。这不但扩大了该小分子的共轭部分,加快了电子传输速度,还增加了分子与分子之间的作用力,使其在锂离子电解液和钠离子电解液中的循环稳定性有了显著的提升。（1）以稠环芳香化合物,芘（pyrene）为原料,经过氧化、溴化、亲核取代等一系列化学反应,得到了一种近平面的小分子2,7-二邻苯二甲酰-芘-4,5,9,10-四酮（2,7-bis（1,3-diooisoindolin-2-yl）pyrene-4,5,9,10-tetraone,DPT）,并将它用作于正极材料来组装锂离子电池和钠离子电池,理论容量达到291 m Ah g-1。（2）在锂离子电池的充放电过程中,DPT中的4个羰基基团和2对酰亚胺基团提供了Li+的脱嵌位点。在0.2 C下,DPT的第2圈放电容量为287 m Ah g-1,循环150圈后,仍有230 m Ah g-1的放电容量,容量保持率为80.1%。在倍率测试中,当电流密度从5 C恢复至0.1 C后,容量可达到272 m Ah g-1,接近它的初始容量。（3）在钠离子电池中,DPT的氧化还原机理与锂离子电池一致,有6个活性位点为Na+脱嵌。在0.2 C下,DPT的第2圈的放电容量为284 m Ah g-1,在经历100次循环后,仍然有着121 m Ah g-1以上的放电容量。在倍率测试中,当电流密度增大到5 C的时候,电池的容量仍然保持仍然能保持在50 m Ah g-1以上。
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