有机电极材料具有结构可调、资源丰富、环境友好等优点，在未来的储能系统中具有广阔的应用前景。有机电极锂离子电池被开发出来并表现出优异的性能。然而，开发综合性能优越的有机材料仍面临容量低、稳定性差、导电性差、活性位点利用率低等巨大挑战。为了解决这些问题，设计了一种双极性聚合物(Fc-DAB)，并进一步与三维石墨烯(3DG)原位聚合，提供了一种具有多种优点的杂化材料(Fc-DAB@3DG)。Fc-DAB具有稳定的聚合物骨架和多个氧化还原活性位点，可以同时提高稳定性和容量。嵌入的高导电3DG网络使Fc-DAB@3DG具有稳定的导电框架、大的表面积和多孔的形貌，从而实现了离子/电子的快速扩散，从而提高了活性位点的利用率，提高了电化学性能。因此，Fc-DAB@3DG阴极在25 mA g−1时提供容量约260 mA h g−1，在2000 mA g−1时提供超过15,000次循环的超长循环寿命，每个循环的保留率为99.999%，具有显著的速率性能。用该材料制备的准固态锂金属电池和全电池也表现出优异的电化学性能。
图文简介
a) Fc-DAB和b) Fc-DAB@3DG的制备、形貌和离子/电子扩散示意图。
Fc-DAB和Fc-DAB@3DG的结构和特性。a) Fc-DAB的结构。b) 3DG, Fc-DABandFc-DAB@3DG在40-1000°Cunder N2范围内的热重分析(TGA)。c) Fc-DAB和Fc-DAB@3DG的拉曼位移。d) Fc-DAB和Fc-DAB@3DG在77K时的Brunauer-Emmett-Teller (BET)等温线。e) Fc-DAB和f) Fc-DAB@3DG的扫描电子显微镜(SEM)图像
基于Fc-DAB和Fc-DAB@3DG阴极和Li金属阳极的半电池在1.2-4.0 V (vs Li/Li+)电位范围内的电化学性能。a) Fc-DAB@3DG的前三个循环中0.3 mV s-1的循环伏安(CV)曲线。b) Fc-DAB@3DG在25 mA g-1条件下初始3个循环的容量电压分布。c) Fc-DAB和Fc-DAB@3DG阴极在50 mA g-1下的循环性能。d) Fc-DAB和Fc-DAB@3DG阴极的速率性能。e) Fc-DAB和Fc-DAB@3DG阴极在2000mA g-1下的长周期性能。
基于Fc-DAB@3DG阴极的准固态锂金属电池及全电池的电化学性能。a)图b) 2000 mA g-1下的循环性能和c)使用Fc-DAB@3DG阴极和原位凝胶电解质的准固体锂金属电池在1.2-4.0 V (vsLi/Li+)电位范围内的速率性能。d)图e) 500 mA g-1的循环性能和f)使用Fc-DAB@3DG阴极和石墨阳极在1.2-4.0 V电压范围内的全电池速率性能。g)图h)容量电压分布和i)使用Fc-DAB@3DG阴极和石墨阳极的袋电池在25 mA g-1从1.2到4.0 V的循环性能
论文信息
论文题目：An in-situ Fabricated Graphene/bi-polar Polymer Hybrid Material Delivers Ultra-long Cycle Life over 15,000 cycles as a High-performance Electrode Material
通讯作者：陈永胜
通讯单位：南开大学
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