张力/吴德印AEM：八电子氧化还原环己六酮负极实现高倍率大容量储锂！

用有机电极材料代替无机负极是未来绿色锂离子电池（LIB）的一个有吸引力的方向，正在探索羰基化合物作为有机LIB的主要负极候选者，尤其是环己六酮（C₆O₆）。作为一种完全由六个-C=O基团组成的完美结构，C₆O₆理论上可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。

在此，厦门大学张力教授、吴德印教授等人首次揭示了在有效解决溶解性和电子导电性问题后，C₆O₆可通过一种令人惊讶的八电子-氧化还原Li⁺存储机制在0.01~3 V的电位范围内作为超高容量和高倍率的LIB负极。其中，作者将市售的C₆O₆·8H₂O粉末、聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂和导电碳添加剂混合，通过溶解-重结晶的方法在氩气保护下进行高能球磨制得脱水C₆O₆电极，最终形成不溶性和高导电C₆O₆-PVDF-碳网络结构。

令人惊讶的是，基于C₆O₆负极的半电池在 200 mA g^-1时显示出高达1404 mAh g^-1的超高容量，对应于八电子氧化还原容量，超过了基于六个-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特性（在5.0 A g^-1下循环700次后容量为814 mAh g^-1）。

图1. C₆O₆锂化/脱锂过程的DFT计算

通过将实验表征与DFT计算相结合，作者系统地阐明了C₆O₆中的-C=O键可通过可逆的六锂离子电化学过程锂化为为Li⁺烯醇化物（Li₆C₆O₆），并进一步通过可逆的双电子赝电容Li⁺插层过程进一步转化为Li₈C₆O₆二聚体。得益于其高容量和高倍率特性，所构建的基于C₆O₆负极的 4.3 V锂离子混合电化学电容器（Li-HEC）可分别提供160 Wh kg^-1和10750 W kg^-1的最大能量和功率密度。

甚至，C₆O₆‖AC Li-HEC在1 A g^-1下表现出高达2400圈的出色循环耐久性，每循环衰减率低至0.0075%。可以预见，在解决了溶解度和电子导电性这两个关键瓶颈后，更多的有机小分子可用作稳定/高容量的LIB活性材料。此外，基于环保有机正负极材料的全有机电池也备受期待，可能成为未来电池研究的新热点。

图2. C₆O₆‖AC Li-HEC的电化学性能

Eight-Electron Redox Cyclohexanehexone Anode for High-Rate High-Capacity Lithium Storage, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201347

张力/吴德印AEM：八电子氧化还原环己六酮负极实现高倍率大容量储锂！

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