可充锂电池醌类化合物电极材料

doi:10.3866/PKU.WHXB201605231

物理化学学报 >> 2016, Vol. 32 >> Issue (7): 1593-1603.doi: 10.3866/PKU.WHXB201605231

可充锂电池醌类化合物电极材料

DAWUT Gulbahar^1,²,卢勇¹,赵庆¹,梁静¹,陶占良¹,陈军^1,*()

¹ 南开大学化学学院,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津300071
² 喀什大学化学与环境科学学院,新疆特色药食用植物资源化学重点实验室,新疆喀什844000

收稿日期:2016-03-31 发布日期:2016-07-08
通讯作者: 陈军 E-mail:chenabc@nankai.edu.cn
作者简介:古丽巴哈尔·达吾提, 1986年生. 2009年本科毕业于北京师范大学化学专业, 2015年至今就读于南开大学无机化学专业博士研究生.主要研究方向为有机电极材料的制备及其在电池中的应用|卢勇, 1991年生. 2015年本科毕业于湖北大学应用化学专业, 2015年至今就读于南开大学无机化学专业硕士研究生.主要研究方向为有机电极材料的设计、合成、表征和应用|赵庆, 1988年生. 2012年本科毕业于南开大学化学学院并保送本校攻读无机化学博士学位.主要研究方向为高容量可充二次金属电池正极材料,包括单质硫、碘、有机电极材料等|梁静, 1977年生.副教授. 2003年和2006年于吉林大学分别获得硕士、博士学位, 2006年7月到南开大学工作.主要从事新能源材料的基础研究和无机多孔材料合成与性能研究工作|陶占良, 1972年生. 1997年本科毕业于河北师范大学化学系, 2005年博士毕业于南开大学化学学院.现为南开大学化学学院硕士研究生导师、副教授.主要从事高能电池电极材料、能源电化学等电化学领域相关的科研工作|陈军, 1967年生.长江学者、杰青、中国化学会理事,英国皇家化学会会士. 1989和1992年先后在南开大学获学士和硕士学位, 1999年在澳大利亚Wollongong大学获博士学位. 2002年回南开大学任教.主要从事纳米材料和能源化学相关工作
基金资助:
国家自然科学基金(51231003);教育部(B12015);教育部(IRT13R30);新疆维吾尔自治区自然科学基金(201318101-15)

Quinones as Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries

Yong LU¹,Qing ZHAO¹,Jing LIANG¹,Zhan-Liang TAO¹,Jun CHEN^1,*()

¹ Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry (Ministry of Education), Nankai University, Tianjin 300071, P. R. China
² College of Chemistry and Environmental Science, Key Laboratory of Xinjiang Native Medicinal and Edible Plant Resources Chemistry, Kashgar University, Kashgar 844000, Xinjiang Uygur Autonomous, P. R. China

Received:2016-03-31 Published:2016-07-08
Contact: Jun CHEN E-mail:chenabc@nankai.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51231003);Ministry of Education, China(B12015);Ministry of Education, China(IRT13R30);Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region, China(201318101-15)

摘要/Abstract

摘要：

醌类化合物电极材料具有理论比容量高、结构可设计、成本低廉和绿色可持续等优点，被认为是可充锂电池理想的电极材料。本文介绍了醌类化合物电极材料的分类及其结构特点、电化学工作原理及其电化学性能，对醌类化合物的发展、面临的问题等方面进行了概括，探讨了提高该类电极材料电化学性能的方法，并对醌类化合物电极材料的发展方向进行了展望。

关键词: 可充锂电池, 有机电极材料, 醌类化合物, 理论比容量, 电化学性能

Abstract:

Owing to advantages such as high theoretical specific capacity, designable structure, low cost and environmental friendliness, organic quinone compounds have been proposed as promising electrode materials for rechargeable lithium batteries. In this review, we first introduce the classification, structural characteristics, electrochemical reaction mechanism and performance of quinone-based electrodes. We then summarize the recent progress, existing problems and strategies for improving the electrochemical performance of quinonebased compounds and polymers. Finally, we also discuss the future development of such materials for use in lithium batteries.

Key words: Rechargeable lithium battery, Organic electrode material, Quinone, Theoretical specific capacity, Electrochemical performance

DAWUT Gulbahar,卢勇,赵庆,梁静,陶占良,陈军. 可充锂电池醌类化合物电极材料[J]. 物理化学学报, 2016, 32(7), 1593-1603. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605231

Yong LU,Qing ZHAO,Jing LIANG,Zhan-Liang TAO,Jun CHEN. Quinones as Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32(7), 1593-1603. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605231

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201605231

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2016/V32/I7/1593

参考文献

1	Nishide H. ; Oyayzu K. Science 2008, 319 (5864), 737.
2	Tarascon J. M. ; Armand M. Nature 2001, 414 (6861), 359.
3	Rogers J. A. ; Someya T. ; Huang Y. G. Science 2008, 327 (5973), 1603.
4	Zhang K. ; Han X. P. ; Hu Z. ; Zhang X. L. ; Tao Z. L. ; Chen J. Chem. Soc. Rev. 2015, 44 (3), 699.
5	Cheng F. Y. ; Chen J. Chem. Soc. Rev. 2012, 41 (6), 2172.
6	Koo M. ; Park K. I. ; Lee S. H. ; Suh M. ; Jeon D. Y. ; Choi J. W. ; Kang K. ; Lee K. J. Nano Lett. 2012, 12 (9), 4810.
7	Tarascon J. M. ; Armand M. Nature 2001, 414 (6861), 359.
8	Cheng F. Y. ; Liang J. ; Tao Z. L. ; Chen J. Adv. Mater. 2011, 23 (15), 1695.
9	Whittingham M. S. Chem. Rev. 2014, 114 (23), 11414.
10	Obrovac M. N. ; Chevrier V. L. Chem. Rev. 2014, 114 (23), 1444.
11	Zhang K. ; Hu Z. ; Tao Z. L. ; Chen J. Sci. China Mater. 2014, 7 (1), 42.
12	Liang Y. L. ; Tao Z. L. ; Chen J. Adv. Energy Mater. 2012, 2 (7), 42.
13	Wang S.W. ; Tao Z. L. ; Chen J. Chin. Sci. Bull 2013, 31 (58), 132.
13	王诗文; 陶占良;陈军. 科学通报, 2013, 31 (58), 3132.
14	Poizot P. ; Dolhem F. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (6), 2003.
15	Janoschka T. ; Hager M. D. ; Schubert U. S. Adv. Mater. 2012, 24 (48), 6397.
16	Gracia R. ; Mecerreyes D. Polym. Chem. 2013, 4 (7), 2206.
17	Novak P. ; Muller K. ; Santhanam K. S. V. ; Haas O. Chem. Rev. 1997, 97 (1), 207.
18	H?upler B. ; Wild A. ; Schubert U. S. Adv. Energy Mater. 2015, 5 (11), 1402034.
19	Zhu Z. Q. ; Chen J. J. Electrochem. Soc. 2015, 162 (14), A2393.
20	Song Z. P. ; Zhou H. S. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (8), 2280.
21	Yabuuchi N. ; Kubota K. ; Dahbi M. ; Komaba S. Chem. Rev. 2014, 114 (23), 11636.
22	Xiang X. D. ; Zhang K. ; Chen J. Adv. Mater. 2015, 27 (36), 5343.
23	Yao Y. ; Wu F. Nano Energy 2015, 17, 91.
24	Kim Y. Z. ; Wu W. ; Chun S. E. ; Whitacre J. F. ; Bettinger C. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110 (52), 20912.
25	Chen H. Y. ; Armand M. ; Demailly G. ; Dolhem F. ; Poizot P. ; Tarascon J. M. ChemSusChem 2008, 1 (4), 348.
26	Zhao L. ; Wang W. K. ; Wang A. B. ; Yu Z. B. ; Chen S. ; Yang Y. S. J. Electrochem. Soc 2011, 158 (9), A991.
27	Tobishima S. ; Yamaki J. ; Yamaji A. J. Electrochem. Soc. 1984, 131 (1), 57.
28	Yao M. ; Senoh H. ; Sakai T. ; Kiyobayashi T. Int. J. Electrochem. Sci. 2011, 6 (7), 2905.
29	Boschi T. ; Pappa R. ; Pistoia G. ; Tocci M. J. Electroanal. Chem. 1984, 176, 235.
30	Liang Y. L. ; Zhang P. ; Chen J. Chem. Sci. 2013, 4, 1330.
31	Zhu Z. Q. ; Guo D. S. ; Tao Z. L. ; Chen J. Sci. China-Chem. 2014, 44 (7), 1175.
31	朱智强; 郭东升; 陶占良; 陈军. 中国科学:化学, 2014, 44 (7), 1175.
32	Liang Y. L. ; Zhang P. ; Yang S. Q. ; Tao Z. L. ; Chen J. Adv. Energy Mater. 2013, 3 (5), 600.
33	Hanyu Y. ; Ganbe Y. ; Honma I. J. Power Sources 2013, 221, 186.
34	Reddy A. L. M. ; Nagarajan S. ; Chumyim P. ; Gowda S. R. ; Pradhan P. ; Jadhav S. R. ; Dubey M. ; John G. ; Ajayan P. M. Sci Rep. 2012, 2, 960.
35	Zeng R. H. ; Xing L. D. ; Qiu Y. C. ; Wang Y. T. ; Huang W. N. ; Li W. S. ; Yang S. H. Electrochim. Acta 2014, 146, 447.
36	Yao M. ; Senoh H. ; Araki M. ; Sakai T. ; Yasuda K. ECS Trans. 2010, 28 (8), 3.
37	Yao, M.; Ando, H.; Kiyobayashi, T. Dialkoxybenzoquinone-Type Active Materials for Rechargable Lithium Batteries: The Effect of The Alkoxy Group Length on the Cycle-Stability. In Energy Procedia, 10th Eco-Energy and Material Science and Engineering Symposium, Ubon Rachathani, Thailand, Dec 05-08, 2012; Yupapin, P., PivsaArt, S., Ohgaki, H. Eds.; Elsevier: Amsterdam, 2013. doi: 10.1016/j.egypro.2013.06.825
38	Xiang J. F. ; Chang C. X. ; Li M. ; Wu S. M. ; Yuan L. J. ; Sun J. T. Cryst. Growth Des 2008, 8 (1), 280.
39	Chen H. Y. ; Armand M. ; Demailly G. ; Dolhem F. ; Poizot P. ; Tarascon J. M. ChemSusChem 2008, 1 (3), 348.
40	Chen H. Y. ; Armand M. ; Courty M. ; Jiang M. ; Grey C. P. ; Dolhem F. ; Tarascon J. M. ; Poizot P. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (25), 8984.
41	Barres A. L. ; Geng J. ; Bonnard G. ; Renault S. ; Gottis S. ; Mentre O. ; Frayret C. ; Dolhem F. ; Poizot P. Chem. Eur. J. 2012, 18 (28), 8800.
42	Shimizu A. ; Kuramoto H. ; Tsujii Y. ; Nokami T. ; Inatomi Y. ; Hojo N. ; Suzuki H. ; Yoshida J. I. J. Power Sources 2014, 260, 211.
43	Foos J. S. ; Erker S. M. ; Rembetsy L. M. J. Electrochem.Soc. 1986, 133 (4), 836.
44	Song Z. P. ; Qian Y. M. ; Gordin M. L. ; Tang D. H. ; Xu T. ; Otani M. ; Zhan H. ; Zhou H. S. ; Wang D. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54 (47), 13947.
45	Choi W. ; Harada D. ; Oyaizu K. ; Nishide H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (49), 19839.
46	Nokami T. ; Matsuo T. ; Inatomi Y. ; Hojo N. ; Tsukagoshi T. ; Yoshizawa H. ; Shimizu A. ; Kuramoto H. ; Komae K. ; Tsuyama H. ; Yoshida J. I. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (48), 19694.
47	Oyaizu K. ; Choi W. ; Nishide H. Polym. Adv. Technol. 2011, 22 (8), 1242.
48	Haringer D. ; Novak P. ; Haas O. ; Piro B. ; Pham M. H. J. Electrochem. Soc. 1999, 146 (7), 2393.
49	Tang Z. Y. ; Xu G. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19 (4), 307.
49	唐致远; 徐国祥. 物理化学学报, 2003, 19 (4), 307.
50	Zhao L. ; Wang W. K. ; Wang A. B. ; Yuan K. G. ; Chen S. ; Yang Y. S. J. Power Sources 2013, 233, 23.
51	Liu K. ; Zheng J. M. ; Zhong G. M. ; Yang Y. J. Mater. Chem. 2011, 21 (12), 4125.
52	Song Z. P. ; Qian Y. M. ; Liu X. Z. ; Zhang T. ; Zhu Y. B. ; Yu H. J. ; Otani M. ; Zhou H. S. Energy Environ. Sci. 2014, 7 (12), 4077.
53	Song Z. P. ; Zhan H. ; Zhou Y. H. Chem. Commun. 2009, (No. 4), 448.
54	Bitenc J. ; Pirnat K. ; Bancic T. ; Gaberscek M. ; Genorio B. ; Randon-Vitanova A. ; Dominko R. ChemSusChem 2015, 8 (24), 4128.
55	Wang H. ; Hu P. F. ; Yang J. ; Gong G. M. ; Guo L. ; Chen X. D. Adv. Mater 2015, 27 (14), 2348.
56	Kim H. ; Kwon J. E. ; Lee B. ; Hong J. ; Lee M. ; Park S. Y. ; Kang K. Chem. Mater 2015, 27 (21), 7258.
57	Huskinson B. ; Marshak M. P. ; Suh C. ; Er S. ; Gerhardt M. R. ; Galvin C. G. ; Chen X. D. ; Aspuru-Guzik A. Gordon ; R. G. ; Aziz M. J. Nature 2014, 505 (7482), 195.
58	Lin K. X. ; Chen Q. ; Gerhardt M. R. ; Tong L. C. ; Kim S. B. ; Eisenach L. ; Valle A.W. ; Hardee D. ; Gordon R. G. ; Aziz M. J. ; Marshak M. P. Science 2015, 349 (6255), 1529.
59	Williams D. L. ; Btrene J. J. ; Driscol J. S. J. Electrochem. Soc. 1969, 116 (1), 2.
60	Alt H. ; Binder H. ; K?hling A. ; Sandstede G. Electrochim. Acta 1972, 17 (5), 873.
61	Wang S.W. ; Wang L. J. ; Zhu Z. Q. ; Hu Z. ; Zhao Q. ; Chen J. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53 (23), 5892.
62	Song Z. P. ; Zhan H. ; Zhou Y. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49 (45), 8444.
63	Han X. Y. ; Qing G. Y. ; Sun J. T. ; Sun T. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (21), 5147.
64	Lee M. ; Hong J. ; Kim H. ; Lim H D. ; Cho S. B. ; Kang K. ; Park C. B. Adv. Mater. 2014, 26 (16), 2558.
65	Yao M. ; Senoh H. ; Yamazaki S. I. ; Siroma Z. ; Sakai T. ; Yasuda K. J. Power Sources 2010, 195 (24), 8336.
66	Hanyu Y. ; Honma I. Sci. Rep. 2012, 2, 453.
67	Hanyu Y. ; Sugimoto T. ; Ganbe Y. ; Masuda A. ; Honma I. J. Electrochem. Soc. 2013, 161 (1), A6.
68	Huang W.W. ; Zhu Z. Q. ; Wang L. J. ; Wang S.W. ; Li H. ; Tao Z. L. ; Shi J. F. ; Guan L. H. ; Chen J. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52 (35), 9162.
69	Zhu Z. Q. ; Hong M. L. ; Guo D. S. ; Shi J. F. ; Tao Z. F. ; Chen J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (47), 16461.
70	Yin Y. X. ; Xin S. ; Guo Y. G. ; Wan L. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52 (50), 13186.
71	Zhang K. ; Guo C. Y. ; Zhao Q. ; Niu Z. Q. ; Chen J. Adv. Sci. 2015, 2 (5), 1500018.
72	Kim H. ; Seo D. H. ; Yoon G. ; Goddard W. A. ; Lee Y. S. ; Yoon W. S. ; Kang K. , J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5 (17), 3086.
73	Wang S.W. ; Wang L. J. ; Zhang K. ; Zhu Z. Q. ; Tao Z. L. ; Chen J. Nano Lett. 2013, 13 (9), 4404.
74	Zhu Z. Q. ; Li H. ; Liang J. ; Tao Z. L. ; Chen J. Chem. Commun. 2015, 51 (8), 1446.
75	Genorio B. ; Pirnat K. ; Cerc-Korosec R. ; Dominko R. ; Gaberscek M. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49 (40), 7222.
76	Pirnat K. ; Dominko R. ; Cerc-Korosec R. ; Mali G. ; Genorio B. ; Gaberscek M. J. Power Sources 2012, 199, 308.

[1]	陈帅, 余创, 罗启悦, 魏超超, 李莉萍, 李广社, 程时杰, 谢佳. 卤化物固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210032 -0 .
[2]	彭林峰, 余创, 魏超超, 廖聪, 陈帅, 张隆, 程时杰, 谢佳. 锂硫银锗矿固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2211034 -0 .
[3]	齐亚娥, 夏永姚. 电解液调控策略提升水系锌离子电池正极材料电化学性能[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2205045 -0 .
[4]	莫英, 肖逵逵, 吴剑芳, 刘辉, 胡爱平, 高鹏, 刘继磊. 锂离子电池隔膜的功能化改性及表征技术[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2107030 - .
[5]	薄拯, 孔竞, 杨化超, 郑周威, 陈鹏鹏, 严建华, 岑可法. 基于混合溶剂有机电解液的超低温孔洞石墨烯超级电容[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2005054 - .
[6]	李慧, 刘双宇, 袁天赐, 王博, 盛鹏, 徐丽, 赵广耀, 白会涛, 陈新, 陈重学, 曹余良. NaOH浓度对Na_0.44MnO₂储钠性能的影响[J]. 物理化学学报, 2021, 37(3): 1907049 - .
[7]	佟永丽, 戴美珍, 邢磊, 刘恒岐, 孙婉婷, 武祥. 基于NiCo₂O₄纳米片电极的非对称混合电容器[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1903046 - .
[8]	曹鑫鑫,周江,潘安强,梁叔全. 钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(5): 1905018 - .
[9]	郭楠楠,张苏,王鲁香,贾殿赠. 植物基多孔炭材料在超级电容器中的应用[J]. 物理化学学报, 2020, 36(2): 1903055 - .
[10]	杨康,帅骁睿,杨化超,严建华,岑可法. 基于室温离子液体的活化石墨烯粉末超级电容储能性能[J]. 物理化学学报, 2019, 35(7): 755 -765 .
[11]	Rahim Shah,Naveed Alam,Amir A.Razzaq,杨成,陈宇杰,胡加鹏,赵晓辉,彭扬,邓昭. 粘结剂对形貌各异的石墨负极电化学性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(12): 1382 -1390 .
[12]	余翠平,王岩,崔接武,刘家琴,吴玉程. TiO₂纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展[J]. 物理化学学报, 2017, 33(10): 1944 -1959 .
[13]	蔡莉丽,文越华,程杰,曹高萍,杨裕生. 水系锂离子电池负极聚硫代苯醌的合成与电化学性能[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 969 -974 .
[14]	寇建文,王昭,包丽颖,苏岳锋,胡宇,陈来,徐少禹,陈芬,陈人杰,孙逢春,吴锋. 采用基于乙醇体系的一步草酸共沉淀法制备层状富锂锰基正极材料[J]. 物理化学学报, 2016, 32(3): 717 -722 .
[15]	李亚捷,倪星元,沈军,刘冬,刘念平,周小卫. 聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用[J]. 物理化学学报, 2016, 32(2): 493 -502 .

可充锂电池醌类化合物电极材料

Quinones as Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries

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