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　　锂离子电池被广泛用于各范畴，大部分商业化的锂离子电池运用无机电极资料，例如：钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4），这些电极资料面对着资源有限、环境污染、低的比容量和毒性等一系列应战。相对于这些无机电极资料，有机电极资料一般由自然界储量丰厚的轻元素组成，具有较高的比容量，一起，有机电极资料体现出环境友好性、非毒性和柔性可拉伸等长处。

　　许多有机锂离子电池展现了非常好的电化学功能，可是其开展仍面对一系列问题。有机小分子具有较高的比容量，可是它的循环安稳性较差；有机聚合物具有较好的安稳性，可是比容量较低，一起完成较高的比容量和循环安稳性好不容易。更重要的是，有机资料的导电性较差，这不利于电池的倍率功能，为了进步电极资料的导电性，研讨者们开展了一系列办法：比方运用导电碳作为导电添加剂，或许将有机活性资料负载在碳基导电骨架上。开展一起具有高比容量、高循环安稳性、高导电性的有机电极资料，需求协同调控有机分子的结构和资料的描摹。

　　近来，南开大学陈永胜教授研讨团队在Advanced Materials上宣布了一篇题为“An in-situ fabricated graphene/bi-polar polymer hybrid material delivers ultra-long cycle life over 15,000 cycles as a high-performance electrode material”的文章。该作业首要规划了一种新的南北极型聚合物Fc-DAB，该聚合物经过1，1’-二醛基二茂铁和1,4-二氨基苯的缩聚反响得到。Fc-DAB一起含有n-类型和p-类型的氧化复原反响活性基团，这使得聚合物具有较高的理论比容量（ 257 mA h g -1 ）。P-类型的基团 Fe 2+ 能够被氧化成 Fe 3+ 并结合电解液中的 PF 6- ；n-类型的基团C=N能够被复原并结合电解液中的 Li + 。此外，经过一步溶剂热的办法原位复合氧化石墨烯，能够发生安稳的高导电多孔三维石墨烯骨架，得到具有高导电性的多孔杂化资料Fc--DAB@3DG具有超安稳的交联结构、高导电的网络、多孔的描摹和增强的离子电子传输通道，在 2 A g -1 的电流密度下，能够安稳循环15,000圈，体现了超长的循环寿数和超高的循环安稳性。

　　由该示意图能够看到纯的聚合物Fc-DAB因为聚合物链的聚会与堆积，构成了大颗粒，这不利于离子、电子分散传输到颗粒的内部，然后约束其电化学功能。比较之下，原位复合三维石墨烯后的Fc-DAB@3DG杂化资料具有多孔的描摹，有利于构成杰出的离子、电子分散通路，然后有利于提高其动力学，增强电化学功能。

　　能够看到聚合物和杂化资料都具有较高的热安稳性，杂化资料Fc-DAB@3DG具有显着的石墨烯的拉曼特征峰，复合三维石墨烯后的杂化资料具有更大的比表面积和多孔的描摹，这为离子和电子的传输供给了条件。

　　图2. 半电池的电化学功能。a) 循环伏安曲线；b) 容量-电压曲线电流密度下的循环功能；d) 倍率功能；e) 2,000 mA g-1电流密度下的长循环功能。

　　比较于纯聚合物，杂化资料Fc-DAB@3DG展现了更高的比容量、更高的循环安稳性和更好的倍率功能。在2,000 mA g-1的电流密度下，杂化资料能够安稳循环15,000圈，每圈容量坚持率可达99.999 %，体现了超长的循环寿数和超高的循环安稳性。

　　图3. 氧化复原机理。a) Fc-DAB的氧化复原反响进程；b) DFT几许优化；c) 非原位测验的容量-电压曲线和不同的电压状况；非原位XPS d) P 2p谱和 e) Li 1s 谱；f) 非原位红外谱。

　　图3给出了Fc-DAB氧化复原反响的进程，并经过DFT几许优化、非原位XPS和红外协同验证了提出的氧化复原反响机理。

　　图4. 动力学剖析。a) 电化学阻抗谱（EIS）；b) 恒电流间歇滴定（GITT）剖析；c) 充电和d) 放电过程中的锂离子分散系数（DLi+）。

　　杂化资料具有较低的电转移电阻和较高的锂离子分散系数，使其具有较好的反响动力学，然后展现出了更优异的电化学功能。

　　图5. 准固态锂金属电池和全电池的电化学功能。准固态锂金属电池的a) 示意图；b) 循环功能；c) 倍率功能；全电池的 d) 示意图；e) 循环功能；f) 倍率功能；软包电池的 g) 示意图；h) 循环功能；i) 倍率功能。

　　运用Fc-DAB@3DG制备准固态锂金属电池，电解质运用原位聚合的凝胶电解质，电池也展现出了超卓的电化学功能，在2,000 mA g-1的电流密度下，准固态电池循环8,000圈，每圈具有99.998 %的容量坚持率；运用石墨负极的全电池也展现出了较好的循环功能和倍率功能，这些成果也充分说明了杂化资料Fc-DAB@3DG对不同电解质系统和负极系统的普适性。

　　本文规划制备的三维石墨烯/南北极型聚合物的杂化电极资料具有多种氧化复原反响活性的基团、安稳的高导电骨架和快的离子电子传输通道，由此制备的有机锂离子电池半电池展现了高的比容量、超高的循环安稳性和优异的倍率功能。一起，准固态锂金属电池和全电池也体现出了优异的电化学功能。试验成果也标明咱们开展的原位一步制备三维石墨烯/南北极型聚合物杂化资料的战略对规划高功能有机锂离子电池具有较好的作用。