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近日，中國(guó)科學(xué)院院士、南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳軍團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種具有超高容量的鋰離子電池有機(jī)正極材料——環(huán)己六酮，刷新了鋰離子電池有機(jī)正極材料容量的世界紀(jì)錄。

 　　該環(huán)己六酮材料的能量密度高達(dá)1533Wh/kg，遠(yuǎn)高于目前商品化的鋰離子電池正極材料，以及目前研究報(bào)道的其他有機(jī)正極材料。此項(xiàng)研究將有機(jī)正極材料的能量密度提高到一個(gè)新的水平，對(duì)為未來(lái)高容量有機(jī)電極材料的設(shè)計(jì)、制備和電池應(yīng)用提供新思路。

 　　鋰離子電池的容量、能量密度等性能由正極限量。另外，現(xiàn)有鋰電池正極材料包含鈷等金屬元素，合成工藝涉及選礦、冶煉、回收等技術(shù)，存在資源匱乏、環(huán)境污染等難題。因此，高容量、可再生、綠色環(huán)保、低成本的鋰電池正極材料已成為當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

 　　研究人員把目標(biāo)鎖定在環(huán)己六酮，因?yàn)樗诒姸嘤袡C(jī)羰基正極材料中具有目前最高的理論比容量（957mAh/g），但其易與水反應(yīng)生成穩(wěn)定水合物，也因此一直末被成功合成。研究人員首先發(fā)展了一種脫水反應(yīng)新方法，通過(guò)精確控制脫水反應(yīng)的溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)了環(huán)己六酮材料的合成。

 　　但環(huán)己六酮易溶解在基于有機(jī)酯類和醚類的鋰離子電解液中，導(dǎo)致其循環(huán)壽命較短。為解決此問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)結(jié)合相似相溶原理，采用基于離子液體的電解液，并經(jīng)過(guò)系列優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)離子液體較大的極性能夠使環(huán)己六酮的溶解度降低。該方法提高了環(huán)己六酮的循環(huán)壽命，為環(huán)己六酮進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

 　　隨后，研究人員還研究了環(huán)己六酮材料在鋰離子電池中的充放電反應(yīng)機(jī)理和電化學(xué)性能，結(jié)果表明環(huán)己六酮的放電比容量可達(dá)902mAh/g，為目前已知的有機(jī)電極材料容量最高值，組裝的電池還體現(xiàn)了長(zhǎng)循環(huán)壽命等特征。