随着储能设备的迅猛发展,研究并生产一种能够在以相同体积的条件下释放出更多能量的锂离子环保电池是当今世界研究的热点。二次充电电池锂离子电池的使用寿命以及使用性能的好坏主要由所测试电池的构成材料如电解液、隔膜、正负极材料等所决定。伴随着全球对环境问题的日益关注,由污染程度低、结构简单的有机羰基化合物作为电池材料的研究日趋笃厚。与无机正极材料相比,有机羰基化合物由于其具有优异电化学特性、环境友好、安全、结构多样性和结构可设计性强等优点,成为了一类具有广泛应用前景的储能材料。然而,有机羰基化合物在电极材料中的发展与应用主要受到两方面的限制:(1)有机羰基化合物易溶解于有机电解质溶剂中,导致电池充放电容量衰减较快,严重影响了其循环稳定性;(2)有机化合物本身具有绝缘性,离子电导率低,不利于锂离子在材料中扩散,导致电池倍率性能较差。针对以上问题,本文拟设计合成具有高比容量、导电性良好的有机正极材料,通过简易的合成步骤和分子结构设计改善材料的溶解性及离子电导率,提高库仑效率,制备出具有优异电化学特性的有机正极材料。本研究主要从以下几个部分进行探寻:(1)以草酰氯及草酰胺为原材料,通过简易的合成步骤,制备出2,3,5,6-哌嗪四酮活性物质,并于红外图谱、核磁共振图谱中验证了其结构,再利用各项电化学测量技术测试其电化学性能。测试结果表明该活性物质具有较高的初始放电容量,但是其在电解液中的溶解性依旧较差。(2)针对羰基化合物的易溶解问题,从分子结构设计出发,通过傅-克烷基化反应成功合成了1,4-双(9,10-二氧-9,10-二氢蒽-2-基)哌嗪-2,3,5,6-四酮(BDHPT)。进一步地,将其作为锂离子电池正极材料进行了电化学性能测试。由于在该物质的合成过程中添加了刚性基团,从而增加了分子结构中的π-π共轭,因而使材料的结构稳定性增强。使用该物质作为正极材料时,在0.1 C条件下循环50圈后,容量保持率为69.5%。(3)制备1,4-双(9,10-二氧-9,10-二氢蒽-2-基)哌嗪-2,3,5,6-四酮/CNT(BDHPT/CNT)复合材料,通过对其进行电化学性能测试,得出在不同的倍率下,BDHPT/CNT的性能明显优于BDHPT的性能。从结构上分析可能是由于BDHPT进入了CNT的孔结构中,一方面增加了BDHPT与CNT的接触,从而增加了活性物质的导电性;另一方面抑制了BDHPT在电解液中的溶解,进而提升了电池的循环性能。