有机小分子正极材料可用于多种碱金属离子的存储，具有容量高、易制备、资源丰富、等突出优点，利用有机小分子正极是缓解锂离子电池资源匮乏问题的有效途径。但是，导电性差和易溶解穿梭是有机小分子正极应用的瓶颈。解决这两个问题的有效途径是原位包覆高质量的碳材料保护层，使有机正极的活性物质含量从目前的60%提升到90%以上，从而发挥有机正极的高容量优势。但是，常规碳材料由于高温苛刻的制备条件，无法在有机小分子正极颗粒表面原位生长包覆，这个原因导致有机小分子正极材料的实际应用大打折扣。石墨炔，做为新兴的二维碳材料展示了优异的结构和性质优势，其二维大的共轭结构和平面内孔道结构有利于电子、离子传输。石墨炔在碳材料中是唯一可以在温和的条件下生长，这一突出的特点使石墨炔原位包覆有机正极材料实现高效应用成为可能（图1）。
近日，中国科学院化学研究所李玉良院士（点击查看介绍）课题组利用石墨炔的原位生长独特性有效地解决了有机小分子正极包覆问题。他们发展的原位生长包覆方法将石墨炔以共形的方式包覆在有机小分子正极颗粒表面，形成了无缝的全碳保护层，同时形成了具有高力学稳定性的三维导电骨架。石墨炔全碳包覆层选择性传输碱金属离子，抑制了有机小分子正极的溶解穿梭问题。这一成果显示有机小分子正极的活性物质含量高达93%，电极实际质量能量密度达到310 W h kg−1，显著改进了电池功率性能和长循环稳定性。这一先进包覆技术突破了碳材料不能在有机小分子表面原位生长瓶颈，将大大推动有机正极材料在电池中的应用。
该文章发表在国际顶级期刊Advanced Materials 上。化学所博士研究生李靓为本文第一作者。
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In Situ Coating Graphdiyne for High-Energy-Density and Stable Organic Cathodes
Liang Li, Zicheng Zuo, Fan Wang, Jingchi Gao, Anmin Cao, Feng He, Yuliang Li
Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000140
导师介绍
李玉良
https://www.x-mol.com/university/faculty/15487
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