一类固定化掺杂聚合物作为钠离子电池正极的研究

Li-ion batteries for oncoming large scale electric energy storage applications may be limited due to the global lithium resource and cost limitations. From the considerations of available resources and environmental impact, Na-ion batteries have potential advantages as next generation secondary batteries and an alternative to Li-ion batteries. However, in the present state of the art, the Na-storage materials developed so far are still deficient both in energy density and power capability, difficultly for battery applications. This research project is oriented to develop high performance Na-host cathode materials by use of transition metal coordinate compounds and their doped conducting polymer matixes, so as to create low cost and pollution-free Na-ion battery systems for future electric storage applications. The main research works in this project are focused on the electrochemical activation mechanism of immobilized transition metal coordinates on the polymer host matrixes, Na-insertion behaviors in the doped polymer chains and the foundamental and technological problems of Na-ion batteries for electric energy storage.

受全球锂资源储量的限制，锂二次电池在未来大规模储电应用中的可行性存在较大争议。钠是地球上资源最为丰富、成本最为低廉的元素之一。构建性能良好的钠离子二次电池，应比锂离子电池具有更大的应用优势。本申请拟在原有的基础上，系统研究过渡金属配合物、以及固定化掺杂的导电聚合物的钠离子嵌脱反应，试图利用这类化合物中钠离子"束缚较弱、相对自由"的特点构建高性能储钠正极，以此创建低成本、高性能的钠离子电池，为大规模储电应用提供先进的电化学储能系统。主要研究内容包括，具有不同氧化还原电势与分子构型的无机配合物对于导电聚合物的电化学活化机理，固定化掺杂导电聚合物的钠离子嵌脱反应性质，钠离子电池的应用基础问题。

结题摘要.本项目通过固定化掺杂的方法将氧化还原活性配合物与电化学活性聚合物形成富钠、柔性电极活性材料，使传统聚合物正极的反应机理有阴离子掺杂-脱杂反应转换为钠离子的嵌入-脱嵌反应，从而建立制备高容量储钠聚合物正极材料的方法，构建低成本、高性能的钠离子电池，为大规模储电应用提供可行的电化学储能系统。.在本项目执行过程中，课题组比较研究了不同氧化还原电势与分子构型的掺杂离子对于聚合物主链的活化效果，以及不同能带结构聚合物的电化学活化对于掺杂离子的选择规律，成功地设计制备出多种循环稳定的固定化掺杂聚合物；在此基础上进一步提出了在聚合物主链上接枝可离解钠盐的自掺杂聚合物方法，制备出具有较高容量和循环可逆性的聚合物正极材料，为发展这类有机材料体系提供了丰富的数据积累。基于这两类新型材料体系，本研究中提出并验证了基于有机溶剂电解质和有机全固态电解质的全有机钠离子电池。这两类原理性电池为后续的技术发展提供了示范。.本项目共发表注明SCI论文11篇，申报国家发明专利2项，圆满完成预期目标。