锂离子电池在便携式电子领域应用广泛,在新能源汽车、智能电网等领域也具有巨大的应用潜力。目前,锂离子电池的电极材料多为无机化合物,具有资源依赖性强、环境破坏力大、回收再利用困难等缺点。区别于无机电极材料,有机材料具有来源丰富、环境友好、回收利用方便以及结构多样性、灵活性和可加工性等独特的优势,是新一代“绿色电源”的新兴研究对象。有机电极材料具有导电性低、氧化还原位点有限、易溶于有机电解液等一系列缺点,严重影响了电池器件的能量密度、倍率性能、循环寿命等。针对有机电极材料的以上问题,我们尝试开展了以下工作:1、形貌调控和表面改性是改变聚合物性质特征的常见方法之一。本论文采用电纺丝技术制备了聚丙烯腈/聚乙二醇纳米纤维,进一步通过低温热处理的气氛调控,制备得到多孔的聚合物纳米纤维。电化学研究表明,空气气氛处理的纤维材料具有较高的电化学储能性能和良好的循环稳定性(50 mA/g的电流密度下,100次循环后其容量保持在418 mAh/g)。谱学研究表明纳米纤维的储锂性能主要得益于表面丰富的C=O和C=N基团。微观结构分析表明,纳米纤维的多孔结构缩短了Li~+和电子的扩散距离,为电荷转移反应提供较大的电极/电解质界面,进一步提高了材料的可逆容量和循环稳定性。这一工作为有机聚合物的功能化和形态设计提供了新思路。2、有机化合物具有氧化还原位点有限(储锂容量有限)、在电解液中易溶(循环稳定性降低)等缺点。针对此,我们尝试采用过渡金属离子与有机分子的配位能力改善有机化合物的储能性能。以天然有机物叶酸为例,通过金属离子的参与,制备了一系列叶酸金属配合物(FA-MCs,M=Fe,Co,Ni),并将其应用于锂离子电池的电极材料。所制备的金属有机配合物具有多电子传递的协同效应,增强了锂离子的存储容量。此外,金属有机配合物的形成有效抑制了叶酸在有机电解液中的溶解进一步改善了循环稳定性。其中FA-CoC在电流密度为80 mA/g时,100次循环后其容量保持在220 mAh/g。该工作不仅推动了该装配策略的应用,而且提出了一种提高组织性能的有效方法。