Full‐Active‐Unit Molecular Design Strategy Enabling High‐Capacity and Stable Quinone Organic Cathodes for Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阴极 溶解 电化学 醌 电解质 有机自由基电池 溶解度 纳米技术 化学工程 电极 电池(电) 材料设计 分子工程 工作(物理) 组合化学 设计要素和原则 化学稳定性 分子
作者
Haoyu Zhang,Susu Li,Yuansheng Liu,Yanke Fan,Jixing Yang,Yue‐Sheng Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (55): e74442-e74442
标识
DOI:10.1002/adma.74442
摘要

ABSTRACT Redox‐active quinones have emerged as promising organic cathode materials (OCMs) for next‐generation lithium‐ion batteries (LIBs). However, their practical application is hindered by rapid dissolution in organic electrolytes and the common molecular design trade‐off where the introduction of non‐active structural motifs diminishes the specific capacity. To address these challenges, we propose a full‐active‐unit molecular design strategy. This approach connects two quinone (9,10‐anthraquinone or 9,10‐phenanthrenequinone) units via C─C single bond to a high‐capacity pyrene‐4,5,9,10‐tetraone core, aiming for both low solubility and high specific capacity. Accordingly, we synthesized 2,7‐bis(9,10‐anthraquinonyl)pyrene‐4,5,9,10‐tetraone (BAPO) and 2,7‐bis(9,10‐phenanthraquinonyl)pyrene‐4,5,9,10‐tetraone (BPPO), both exhibiting low solubility. Electrochemical tests revealed excellent cell performance, particularly for the BAPO cathode, which delivered a high capacity of 317.5 mAh g − 1 at 0.2 C and demonstrated exceptional long‐term cycling stability with 70.2% capacity retention after 9000 cycles at 5 C. This work provides a new molecular design concept for developing quinone cathode materials that simultaneously achieve high capacity and long cycle life.
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