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文 章 信 息
金属基人工SEI膜的原位构建用于双离子电池
第一作者：刘松
通讯作者：肖仁贵*、柯翔*
单位：贵州大学
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研 究 背 景
双离子电池具有低成本、材料丰富、可持续性和高安全性的特点，满足了人们对于未来储能装置的关键要求，成为当前热门研究方向。有机电极材料有灵活的结构可设计性，是双离子电池负极的优良候选材料。然而，有机电极材料也面临着溶解度高、电子电导率差和氧化还原电位较低三大主要问题。除此之外，离子液体电解质中的有机阳离子（Pyr13+，Pyr14+，EMIm+，PP14+）往往比金属离子半径大，在持续的充放电过程中有机阳极会因为较大阳离子的嵌入与脱出而被破坏，失去氧化还原能力，从而影响电池的循环性能。
固态电解质界面膜（SEI）能够传输Li+，又是良好的电子绝缘体，对电池的循环寿命、安全性能和性能稳定性具有重要影响。在双离子电池中，SEI膜的研究已经拓展到金属（Li，Na，K、Al）、碳材料等电极材料，然而在众多研究方向中几乎没有利用SEI层来保护有机阳极材料的报道。所探索一种原位构建SEI膜提升有机电池材料电化学性能的新方式，可为今后有机电池材料的实际应用打下良好基础。
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文 章 简 介
近日，来自贵州大学大学化学与化工学院肖仁贵教授、柯翔副教授课题组在国际顶级期刊Nano Letters上发表题为“New-Concept Metal-Based Artiffcial SEI Film of Polyimide Anode Material in Dual-Ion Batteries”的观点文章。创新性地利用一种原位改性方式，在聚酰亚胺（PI）有机阳极材料表面原位构建铝（Al）金属薄层充当人工SEI膜，有望提高双离子电池有机阳极材料的电化学性能。重要的是，铝层的存在不仅可以起到弹性保护层的作用，而且在电池充放电过程中有效隔绝电解液与有机阳极的直接接触，维持有机阳极结构在电化学反应过程中不被破坏。分别以CaCl2改性的聚酰亚胺（CaCl2@PI）、石墨（NG）和1-乙基-3-甲基咪唑鎓双（三甲基甲烷磺酰基）酰亚胺盐（EMImTFSI为阳极、阴极和电解质构建双离子电池（CaCl2@PI-DIB）。研究结果表明，CaCl2@PI-DIB在5 C电流密度下循环500次后仍具有43.8 mAh g-1放电比容量，容量保持率为88.84%。相比纯PI材料构建的双离子电池，在容量性能、倍率性能及循环性能等方面有显著提升。通过SEM、EDS、XRD、XPS和CV等表征分析，结果表明PI材料表面原位形成的金属SEI层是起到提升聚酰亚胺阳极材料电化学性能的关键作用。同时，论文对原位金属Al薄膜的形成及相关作用机制进行了深入研究。贵州大学化学与化工学院2022级材料与化工专业硕士研究生刘松为本文第一作者。
图1. （a）聚酰亚胺的合成路线，（b）双离子电池的制备过程，（c）氯离子腐蚀铝箔在阳极表面原位构建铝金属层的示意图。
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本 文 要 点
要点一：金属基人工SEI膜的原位构建
聚酰亚胺阳极材料中添加少量的CaCl2可以在阳极表面原位构建一层金属基SEI层，Al层的存在有效的避免了电解质溶液与阳极的直接接触，抑制了聚酰亚胺阳极结构在循环过程中的破坏程度。此外，Ca2+的存在可以有效的稳固电极结构，保证活性物质与导电剂的充分接触。
要点二：金属基人工SEI膜用于有机双离子电池
将CaCl2@PI阳极应用到离子液体电解质体系双离子电池中，CaCl2的添加抑制了电池在循环过程中的容量衰减，并且明显地降低了聚酰亚胺阳极的电荷转移阻抗。CaCl2@PI-DIB在5 C的高电流下的最大放电比容量为49 mAh g−1，循环500次后容量保持率超过88%。更重要的是，本文提出了一种简单有效的方法在聚酰亚胺阳极表面原位构建纯金属基SEI层，优化聚酰亚胺阳极材料的电化学性能，并阐明其作用机制，为SEI层在双离子电池有机电极材料中实际应用提供了可行的思路。
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文 章 链 接
New-Concept Metal-Based Artiffcial SEI Film of Polyimide Anode Material in Dual-Ion Batteries
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02791
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通 讯 作 者 简 介
肖仁贵, 教授, 博士，博士研究生导师，贵州大学化学与化工学院副院长，2023年贵州省科学技术进步一等奖（排名1）获得者。长期致力于磷系（磷酸铁、磷酸铁锂）新能源储能材料的制备、金属集流体表面改性、有机电极材料的制备、固态电解质、凝胶电解质和矿产资源高效利用的开发研究。近年来主持国家自然科学基金、贵州省科技重大专项计划项目、贵州省联合创新基金、贵州省支撑计划项目、贵州省工业攻关项目、贵州省自然科学基金等项目15余项。目前在国内外学术期刊发表相关学术论文50余篇，申请并授权发明专利20余项。
柯翔, 副教授, 博士，硕士研究生导师。于2022年6月在四川大学获工学博士学位，随后进入贵州大学化学与化工学院开展教学研究工作。专注于矿产资源高效利用、新能源储能材料（正极材料、电解质、粘结剂等）制备与金属材料表面改性研究。主持或参与国家自然科学基金、贵州省重点研发计划、贵州省联合创新基金、贵州省自然科学基金、贵州大学自然科学专项科研基金等5项，在国内外学术期刊发表相关学术论文20余篇，申请中国发明专利8项，授权4项。
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第 一 作 者 简 介
刘松, 硕士研究生, 贵州大学化学与化工学院2022级硕士研究生，主要研究方向为双离子电池高性能有机电极材料的设计及机理研究。
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