锂离子电池是一种非常重要的储能技术，目前已广泛应用于各类便携式电子设备，并有望在电动汽车、智能电网及分布式储能等领域大规模应用。随着人类社会发展的信息化、移动化、智能化，新型高容量、长寿命、低成本、高安全的电池亟待开发。

近日，中国科学院院士、南开大学化学学院教授陈军团队设计合成了一种具有超高容量的锂离子电池有机正极材料——环己六酮，刷新了锂离子电池有机正极材料容量的世界纪录。相关研究成果发表于《德国应用化学》。

正极是锂离子电池的“短板”

锂离子电池的容量、能量密度等性能由正极限量，陈军告诉《中国科学报》：“可以说，正极是锂离子电池的一个‘短板。”

另外，现有的锂离子电池正极材料包含钴等金属元素，合成工艺涉及选矿、冶炼、回收等技术，存在资源匮乏、环境污染等难题。“因此，高容量、可再生、绿色环保、低成本的锂电池正极材料已成为当前该领域的研究热点和重点。”陈军说。

含有碳、氢、氧等元素的有机电极材料因其结构可设计性、对环境友好以及廉价丰富等优点被认为是极具发展前景的下一代锂离子电池正极材料。然而，该类材料仍面临实际容量不高（<600mAh/g）、易溶解于有机电解液等问题，导致其能量密度较低、容量衰减较严重、循环寿命较短。因此，如何设计合成具有超高容量的有机正极材料，并解决其在电解液中的溶解问题是锂离子电池的一项挑战。

研究人员把目标锁定在环己六酮。该材料只由六个羰基构成，不存在任何非电化学活性的结构单元，且每一个羰基都能参与电化学反应，因此，环己六酮在众多有机羰基正极材料中体现出目前最高的理论比容量（957mAh/g）。

“开发出更高容量的锂离子电池正极材料可以不断提高电池体系的能量密度，从而提升电池的工作时间。……