基于吩嗪寡聚物的高电压有机正极材料的研究

发布时间：2020-06-01 10:30

【摘要】：锂离子电池具有能量密度高、能量转换效率高、循环寿命长等优点,是一种高效的电化学储能技术。传统无机材料由于资源有限,导致大规模应用受到了限制。而有机材料元素丰度广、分子结构多样、易于修饰,因此在电池的应用中具有很大的前景。然而有机材料也存在一些问题,如分子结构不稳定、在电解液中溶解。为了解决以上问题,我们设计并合成了基于吩嗪衍生物的有机锂电正极材料,主要研究内容如下:1.利用布赫瓦尔德-哈特维希偶联反应将二氢吩嗪活性单元聚合,制备了N,N'-二苯基-5,10-二氢吩嗪寡聚物(p-DPPZ),并应用于锂离子电池。通过构建共轭结构,稳定了氮原子氧化还原活性中心。p-DPPZ会发生两步连续的单电子转移反应,氧化还原电位分别为3.3 V和4.1V (vs.Li+/Li),能量密度达到530 W h kg-1具有良好的循环稳定性。通过理论计算发现,吩嗪活性中心具有共轭结构,电子离域效应使分子在氧化还原过程中表现出较好的结构稳定性。2.提出了石墨型氮作为氧化还原活性中心的分子设计,并通过二苯硫醚连接二氢吩嗪聚合得到5-苯基-10-(4-(苯硫基)苯基)-5,10-吩嗪寡聚物(p-DPPZS)。该种材料在氧化还原过程中不涉及化学键的重排,从而使分子具有良好的结构稳定性。电化学性能测试表明,p-DPPZS具有较高的能量/功率密度(441 W h kg-1/9114 W kg-1)。电池经过1000圈循环后,容量保持率高达90.2%,库伦效率稳定在99.5%以上,具有较好的循环稳定性。实验结果表明,该种石墨型氧化还原活性中心具有良好的稳定性,同时以元素周期表第二、第三周期的其他Ⅲ/Ⅴ族非金属元素构建这种活性中心,可以开发更多高效的有机储能材料。
【图文】：

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电极,氧化还原,柔性,容量

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【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ317;TM912

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