具有高能、自支撑特性的新型薄膜有机电极材料

Because of the advantage in energy density,lithium ion batery now has been expanding its application range. However, the worry about the energy improvement limit imposed by the lattice structure of the traditional oxide compound and the limited material resources urges the researchers to find the alternate electrode material in the coming "post lithium-ion battery" period. Organic electrode material, with the merits of sustainability, safety and high energy, is considered to be the most promising material for next-generation battery system. Different from traditional inorganic cathode material, the organic one can endow the battery with bigger margin of capapity improvement. Besides it, its good processability make it be able to work in thin-film lithium secondary battery,and its reaction mechanism make it an appicable electrode material for other rechargeable battery beyong Li. This project will invetigate the organic electrode material characteristic of self-standing, high-enegy. Basing on the film-forming feature, the novel orgainc electrode material can be obtained through an in-situ compositing technology, and thus new battery system can be further constucted. Comprehensive study on this new organic electrode material will help us to understand its detailed reaction process, the electrochemical behavior and reveal the key factor influencing its electrochemical property. The work will develop more ideas for high-energy battery and it also supply a bigger space for the appication of the organic electrode material.

，锂离子电池由于在比能量上的优势，它的应用范围日益扩大，出于对容量提升和矿产资源可能匮乏的考虑，在"后锂离子电池"时代，发展更具"持续性"的安全、高能"有机质"材料，将是今后电化学贮能材料发展的重点方向之一。与传统无机电极材料不同，有机电极材料除了在容量提升上具有更大的空间外，它的可加工性和不依赖于Li+的氧化还原过程使其不仅可能用于薄膜锂二次电池，而且可以用于其他"非锂"的可充电源。本项目以具有高能、自支撑特性的有机电极材料为研究对象，利用聚合物的可成膜特色，通过它与导电网络的均匀复合，获得电化学性能优异的新型有机电极材料，并以此构建新的电化学贮能体系。在此基础上，深入研究有机电极材料的电化学行为、反应机制和影响其性能的关键因素。这些工作将为高能化学电源的发展开拓更多的思路，也为有机电极材料的应用提供更为广阔的空间。

本项目以具有高能、自支撑特性的有机电极材料为研究对象，利用聚合物的可成膜特色，通过它与导电网络的均匀复合，获得电化学性能优异的新型有机电极材料，并以此构建新的电化学贮能体系。在此基础上，深入研究有机电极材料的电化学行为、反应机制和影响其性能的 关键因素。在四年的工作中，我们在聚硅烷二茂铁和聚酰亚胺薄膜材料的研究上取得突破，利用聚硅烷二茂铁，我们得到了倍率/循环优异的锂二次电池，并且它在钠二次电池与全有机电池上也显示出良好的应用前景。在此基础上，聚硅烷二茂铁/碳复合薄膜体现出良好的电化学活性。此外，我们在聚酰亚胺薄膜材料是研究上取得了很好的进展，通过合成方法，条件参数等的全面优化，得到了与粉体材料性能相当的复合薄膜，该材料在器件/穿戴等领域显示出良好的应用前景。在对以上自支撑材料的研究中，我们也有了一些新的发现，利用结构和官能团的设计，我们成功将有机单分子用作电极材料，并且在循环稳定性，倍率特性等方面较以往材料有了显著提高，而新电解液以及新正负极材料的引入也帮助我们构建了新型的高安全，高性能全有机电池，该成果有望为有机电极材料的研究开拓新的领域。