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微孔COF用于锂电池正极材料 提升活性基团利用率及倍率性能
更新日期:2018-09-30  

  含有碳、氢、氧和氮等可再生元素的有机电极材料因其可调特性和对环境友好等优点被认为是最有前景的下一代锂离子电池(LIBs)正极材料。然而,有机小分子电极材料面临两个挑战,即材料在有机电解液中易溶解和自身导电性差。将小分子聚合形成聚合物,可以有效地克服这些难题,但由于聚合物链易发生缠结、阻碍活性基团与锂离子和电子接触,导致活性基团利用率低和倍率性能差。 

  1.  PIBNPIBN-G的合成示意图 

  南开大学化学学院李福军研究员团队通过两种活性小分子【四氨基苯醌(TABQ)、均苯二甲酸酐(PMDA)】溶于二甲基亚砜(DMSO),同石墨烯原位溶剂热的方法,合成了具有2D微孔框架结构的共价有机框架COF化合物(PIBN-G)。PIBN-G应用于锂离子电池正极材料,比容量在0.110 C条件下为271193.1 mAh g-1300圈循环后保留率大于86 %。该分子因具有1.5 nm的多孔结构以及大量羰基,有利于分子结构中的活性基团与电解液中的Li+接触,促进了可逆电化学反应;并且受益于石墨烯与PIBN分子间强的相互作用与电荷转移,PIBN-G具有高的电子导电性。因此在电化学反应中,PIBN-G显示了卓越的倍率性能和较高的可逆容量。 

  这一研究成果“A Microporous Covalent–Organic Framework with Abundant Accessible Carbonyl Groups for Lithium-Ion Batteries发表在720日出版的《德国应用化学》期刊上(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201805540),该研究为解决有机电极材料的活性基团利用率低、导电性差的难题提供了一种新解决思路。 

  2.  PIBN-G材料的SEMTEM表征,以及电解质分子大小计算 

 

 3.  PIBN-G材料的应用于锂离子电池交流阻抗谱、C-V曲线 、比容、充放电曲线及循环保留率曲线 

  (综合 南开大学化学学院、二维材料2DMaterial 公众号报道)