成果簡介
近年來，鋰離子電池用有機電極材料備受關注。與小分子電極材料相比，高分子電極材料具有溶解性差的優點，有利於實現高循環穩定性。然而，聚合物鏈的嚴重纏結往往導致納米結構聚合物電極的製備困難，這對於實現快速反應動力學和活性位點的高利用率至關重要。
本文，天津大學楊繼興 副教授團隊在《Adv Sci》期刊發表名為「High-Performance Poly(1-naphthylamine)/Mesoporous Carbon Cathode for Lithium-Ion Batteries with Ultralong Cycle Life of 45000 Cycles at -15 °C」的論文，研究通過有序介孔碳（CMK-3）的納米孔中電化學活性單體的原位電聚合來解決，結合CMK-3的納米分散和納米濃縮效應以及聚合物材料的不溶性的優點。所製備的納米結構聚（1-萘胺，表示為NA）/CMK-3正極具有93.7%的高活性位點利用率和60Ag−1（約320°C），以及室溫下10000次循環和-15℃下45000次循環的超長壽命。本文提供了一種既能解決小分子電極材料的溶解問題又能同時解決高分子電極材料不均勻分散問題的簡便有效的方法。
圖文導讀
圖1、(a-b)通過在CMK-3中封裝和合成聚合物來解決有機電極材料的溶解問題的先前策略的說明。c） 說明了本研究中提出的在電池內部CMK-3納米孔中原位電聚合的策略。
圖2、NA/CMK-3納米複合材料的表徵
圖3、NA/CMK-3陰極的電化學性能
圖3、原位電聚合的表徵
圖4、NA/CMK-3陰極的動力學和低溫特性
圖5、原位合成PNA的儲存機理
小結
綜上所述，首次研製了CMK-3納米孔原位電聚合的新方法，製備了用於LIB的納米結構聚合物正極。由於CMK-3的納米分散和納米限域效應，可以有效地合成納米級聚合物，不僅解決了溶出問題，而且提高了活性位點利用率。納米結構聚合物/介孔碳電極的反應動力學顯著改善。因此，表現出優異的電化學性能，活性位點利用率高達93.7%，超快倍率能力為60 A g−1（320 C），在室溫（10 000 次循環）和 −15 °C 低溫（45000 次循環）下均具有超長的循環壽命。這些結果表明，在介孔碳中原位電聚合是構建可充電鋰有機電池高性能聚合物電極的一種有前景的方法。
文獻：
https://doi.org/10.1002/advs.202302490