用有机电极材料取代无机负极是未来绿色锂离子电池的发展方向。目前，人们正在探索将羰基化合物作为有机锂离子电池的主要负极候选材料。尤其是环己烷酮（C₆O₆），作为一种完全由六个-C=O基团组成的完美结构，理论上可以提供最多的活性中心和最高的比容量，但由于其在碳酸盐基电解液中的高溶解度和极低的电子电导率，迄今尚未被用作负极材料。

近日，厦门大学张力教授，吴德印教授在有效地解决了溶解度和电子导电性问题之后，首次揭示了C₆O₆可以通过在0.01-3 V的电势范围内通过惊人的八电子氧化还原的储锂机制而被用作超大容量和高倍率的负极材料。

文章要点

1）研究人员将工业C₆O₆·8H₂O粉末、聚偏氟乙烯（PVDF）助剂和导电炭添加剂混合在一起，采用溶解重结晶的方法在Ar保护下高能球磨，得到了脱水C₆O₆电极，形成了不溶于水的高导电性C₆O₆-PVDF-碳网络结构。

2）更令人惊讶的是，C₆O₆负极在200 mA g⁻¹时表现出高达1404 mAh g⁻¹的超高容量，相当于八电子氧化还原容量，超过了基于6个-C=O基团的理论容量。此外，C₆O₆负极还表现出非凡的循环耐久性和高倍率性能（在5.0 A g⁻¹下700次循环后的容量达到814 mAh g⁻¹）。

3）通过实验表征和密度泛函理论（DFT）计算相结合，系统地阐明了C₆O₆中的-C=O键可以通过可逆的八锂离子电化学过程被锂化为Li₆C₆O₆，进而转化为Li₈C₆O₆二聚体。特别是，Li₆C₆O₆向Li₈C₆O₆二聚体的转化是典型的赝电容Li⁺插层过程。

4）基于C₆O₆负极的4.3 V锂离子混合电化学电容器具有高容量和高倍率性能，其能量密度和功率密度分别达到160 Wh kg⁻¹和10750 W kg⁻¹。

参考文献

Sha Li, et al, Eight-Electron Redox Cyclohexanehexone Anode for  High-Rate High-Capacity Lithium Storage, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202201347

https://doi.org/10.1002/aenm.202201347