【引言】

由于對(duì)可充電鋰離子電池（LIBs）的需求不斷增加，環(huán)境友好性和可持續(xù)性已成為電極材料的關(guān)鍵因素。然而，制造無(wú)機(jī)電極材料如LiCoO2和石墨會(huì)消耗大量的能量并釋放大量的CO2。此外，廢舊電池可能會(huì)通過(guò)將鈷基電極中的有毒重金屬泄漏到土壤和水中而引發(fā)更嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。為了規(guī)避環(huán)境和可持續(xù)性挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)節(jié)能，可持續(xù)和可回收電池材料具有重要意義。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，馬里蘭大學(xué)王春生（通訊作者）團(tuán)隊(duì)基于硝基化合物向高性能鋰離子電池偶氮化合物的電化學(xué)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)了一種新的化學(xué)物質(zhì)。選擇4－硝基苯甲酸鋰鹽（NBALS）作為模型硝基化合物，系統(tǒng)研究了硝基化合物的結(jié)構(gòu)，鋰化／脫鋰機(jī)理和電化學(xué)性能。NBALS在0．5C時(shí)的初始容量為153mAh g－1，100次循環(huán)后保持131mAh g－1的容量。詳細(xì)表征表明，在最初的電化學(xué)鋰化過(guò)程中，結(jié)晶NBALS中的硝基不可逆地還原為無(wú)定形偶氮化合物。隨后，偶氮化合物在充電／放電循環(huán)中以高電化學(xué)性能可逆地鋰化／脫鋰。偶氮化合物的鋰化／脫鋰機(jī)理也通過(guò)直接使用偶氮化合物作為電極材料來(lái)驗(yàn)證，所述電極材料表現(xiàn)出與硝基化合物類似的電化學(xué)性能，同時(shí)具有更高的初始庫(kù)侖效率。 相關(guān)成果以題為“Azo Compounds Derived from Electrochemical Reduction of Nitro Compounds for High Performance Li‐Ion Batteries”發(fā)表在了Adv． Mater．上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 鋰離子電池中有機(jī)分子的工作原理

在N－N反應(yīng)中，兩個(gè)硝基被鋰離子還原成偶氮基，形成Li2O

圖2 NBALS在鋰離子電池中的電化學(xué)性能

a）恒電流充電／放電曲線

b）0．1 mV s－1的循環(huán)伏安圖

c）在0．5C的電流密度下脫鋰能力和庫(kù)倫效率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

d）倍率性能

圖3 光譜分析

a）1個(gè)循環(huán)之前和之后的NBALS電極的拉曼光譜

b）1個(gè)循環(huán)之前和之后的NBALS電極的質(zhì)譜

c）1個(gè)循環(huán)之前和之后的NBALS電極的XRD光譜

d）從NBALS向偶氮化合物還原的圖示和計(jì)算

【小結(jié)】 該工作由硝基化合物鋰化合成的偶氮化合物用于高性能LIBs的新型鋰離子電池活性材料。詳細(xì)表征表明，在初始鋰化過(guò)程中，硝基化合物不可逆地轉(zhuǎn)化為偶氮化合物和具有低ICE的Li2O。用于有機(jī)電極的硝基和偶氮化合物的發(fā)現(xiàn)為高性能LIBs提供了新的機(jī)會(huì)。