【摘要】：鋰離子電池具有能量密度高、能量轉換效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點,是一種高效的電化學儲能技術。傳統(tǒng)無機材料由于資源有限,導致大規(guī)模應用受到了限制。而有機材料元素豐度廣、分子結構多樣、易于修飾,因此在電池的應用中具有很大的前景。然而有機材料也存在一些問題,如分子結構不穩(wěn)定、在電解液中溶解。為了解決以上問題,我們設計并合成了基于吩嗪衍生物的有機鋰電正極材料,主要研究內容如下:1.利用布赫瓦爾德-哈特維希偶聯(lián)反應將二氫吩嗪活性單元聚合,制備了N,N'-二苯基-5,10-二氫吩嗪寡聚物(p-DPPZ),并應用于鋰離子電池。通過構建共軛結構,穩(wěn)定了氮原子氧化還原活性中心。p-DPPZ會發(fā)生兩步連續(xù)的單電子轉移反應,氧化還原電位分別為3.3 V和4.1V (vs.Li+/Li),能量密度達到530 W h kg-1具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。通過理論計算發(fā)現(xiàn),吩嗪活性中心具有共軛結構,電子離域效應使分子在氧化還原過程中表現(xiàn)出較好的結構穩(wěn)定性。2.提出了石墨型氮作為氧化還原活性中心的分子設計,并通過二苯硫醚連接二氫吩嗪聚合得到5-苯基-10-(4-(苯硫基)苯基)-5,10-吩嗪寡聚物(p-DPPZS)。該種材料在氧化還原過程中不涉及化學鍵的重排,從而使分子具有良好的結構穩(wěn)定性。電化學性能測試表明,p-DPPZS具有較高的能量/功率密度(441 W h kg-1/9114 W kg-1)。電池經(jīng)過1000圈循環(huán)后,容量保持率高達90.2%,庫倫效率穩(wěn)定在99.5%以上,具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。實驗結果表明,該種石墨型氧化還原活性中心具有良好的穩(wěn)定性,同時以元素周期表第二、第三周期的其他Ⅲ/Ⅴ族非金屬元素構建這種活性中心,可以開發(fā)更多高效的有機儲能材料。
【圖文】：

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ＮＴＣＤＡ邋ＮＱ＃邋ＰＤＭｃＴ邐Ｌｉ２Ｃｂ0６邋Ｈ逡逑？邐＿邐ＡＱ逡逑0）邋２．０邋－逡逑２邐Ｃａｔｈｏｄｅ邐Ｉ逡逑＞邋１５邋－邐邐Ａｎｏｄｅ邐Ｉ邐逡逑１．０邐－逡逑？邋Ｌｉ２0ｆｌＨ４０４逡逑０．５－邐？叫yU逡逑．邐Ｇｒａｐｈｉｔｅ逡逑0．0邋邐．邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐．邐Ｉ邐Ｌ＿？＿＿Ｉ邐．邐Ｉ邐．邐Ｉ逡逑０邐１００邐２００邐３００邐４００邐５００邐６００逡逑Ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋Ｃａｐａｃｉｔｙ邋／邋ｍＡｈ邋ｇ邋１逡逑圖１．９無機、有機電極材料的氧化還原電位和比容量Ｗ逡逑（ｄ）柔性結構：丨丨前，新型電子設備對電源提出新的要求，，要更雹更孝逡逑更靈活和便于攜帶。從這個角度來說，有機電極材料比無機電極村料具有更大的發(fā)逡逑展優(yōu)勢。另外，有機電極村料的制備方法更加多樣，包括鑄造法、打印法、氣相沉逡逑積法等。逡逑（ｅ）可持續(xù)性：傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)利用無機過渡金屬氧化物作為電極村料，在逡逑可持續(xù)性、可循環(huán)性方面不能達到現(xiàn)代經(jīng)濟社會的要求，因為無機村料在合成和回逡逑收過程中都會產(chǎn)生很多問題，如：原料中含有的毒性物質會引發(fā)環(huán)境問題，導致回逡逑收利用電極村料的成本巨大１｜４１。然而對于有機電極材料，理想情況下可以直接從逡逑生物質中提取１１５１或通過原料提取來合成｜１６１，最終能夠通過綠色碳循環(huán)進行無污染逡逑再利用。在整個過程中，沒有產(chǎn)生任何附加的二氧化碳，在化學合成和熱循環(huán)過程逡逑中能源的消耗也更少。逡逑在上述討論中，我們總結了有機電極材料的主要優(yōu)點。然而，其中的很多優(yōu)勢逡逑目前還沒有得以實現(xiàn)，有機電極村料的研宄和商業(yè)化進程依然面臨很多挑戰(zhàn)：逡逑１１逡逑
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ317;TM912

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3 張剛;張m

本文編號：2691349