Adv. Mater.：硝基化合物電化學還原衍生的偶氮化合物用于高性能鋰離子電池

【引言】

由于對可充電鋰離子電池（LIBs）的需求不斷增加，環境友好性和可持續性已成為電極材料的關鍵因素。然而，制造無機電極材料如LiCoO₂和石墨會消耗大量的能量并釋放大量的CO₂。此外，廢舊電池可能會通過將鈷基電極中的有毒重金屬泄漏到土壤和水中而引發更嚴重的環境問題。 為了規避環境和可持續性挑戰，開發節能，可持續和可回收電池材料具有重要意義。

【成果簡介】

近日，馬里蘭大學王春生（通訊作者）團隊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轉化設計了一種新的化學物質。選擇4-硝基苯甲酸鋰鹽（NBALS）作為模型硝基化合物，系統研究了硝基化合物的結構，鋰化/脫鋰機理和電化學性能。NBALS在0.5C時的初始容量為153mAh g^-1，100次循環后保持131mAh g^-1的容量。詳細表征表明，在最初的電化學鋰化過程中，結晶NBALS中的硝基不可逆地還原為無定形偶氮化合物。隨后，偶氮化合物在充電/放電循環中以高電化學性能可逆地鋰化/脫鋰。偶氮化合物的鋰化/脫鋰機理也通過直接使用偶氮化合物作為電極材料來驗證，所述電極材料表現出與硝基化合物類似的電化學性能，同時具有更高的初始庫侖效率。 相關成果以題為“Azo Compounds Derived from Electrochemical Reduction of Nitro Compounds for High Performance Li‐Ion Batteries”發表在了Adv. Mater.上。

【圖文導讀】

圖1 鋰離子電池中有機分子的工作原理

在N-N反應中，兩個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性能

a）恒電流充電/放電曲線

b）0.1 mV s^-1的循環伏安圖

c）在0.5C的電流密度下脫鋰能力和庫倫效率與循環次數的關系

d）倍率性能

圖3 光譜分析

a）1個循環之前和之后的NBALS電極的拉曼光譜

b）1個循環之前和之后的NBALS電極的質譜