北京理工大学材料学院陈人杰教授

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陈人杰，男，1976 年生，北京理工大学材料学院教授、博士生导师。2002-2005年师从吴锋教授就读于北京理工大学环境工程专业，获工学博士学位；2005-2007年在清华大学化学系物理化学专业师从陈立泉院士、邱新平教授从事博士后研究工作，2012-2013 年在英国剑桥大学材料科学与冶金系 Prof. Derek Fray、Dr. VasantR. Kumar 课题组访问研究。2009 年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2010年入选北京市优秀人才培养资助计划和北京市科技新星计划。主要从事绿色能源材料、二次电池新体系及关键材料等领域的教学和科研工作，作为项目负责人，承担了国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展计划（863 计划）项目、国家安全重大基础研究项目、总装预研项目、国际科技合作项目等课题，在离子液体及功能电解质添加剂材料、多电子高比能锂硫二次电池、全固态薄膜锂电池及能源材料结构理论与量化计算等研究领域开展了较为系统的研究工作：1）自主合成酰胺类、咪唑啉酮类新型离子液体和亚硫酸酯、异氰酸酯、砜类及含硼锂盐等多种功能电解质材料，建立微结构模型并通过理论分析实现优化设计，应用于锂二次电池体系时有效提高了其安全性和宽温度应用特性；2）采用密封多段热复合法和原位化学氧化法实现了多维结构的活性炭、碳纳米管、石墨烯担载及聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯包覆改性的新型硫复合材料，研制的锂硫电池样品能量密度高于 406 Wh/kg；3）基于磁控溅射技术，制备了具有纳米粒子生长及微米厚度设计等特征的新型晶态欠锂薄膜电极和交联网络结构的 Li-Al-Ti-P-O-N 薄膜电解质材料。在 Advanced Materials、Nano Letters、Nano Energy、Chemical Science、ChemSusChem、Nanoscale 等期刊发表论文 120 篇，SCI 收录 85 篇；申请发明专利 41 项，已获授权 17 项；获得 2013 年度国家技术发明二等奖 1 项（第四完成人），获部级科学技术一等奖 3 项。参与编写 2 项中国汽车行业标准；参与编写学术著作 3 部。

姓 名： 陈人杰
出生年月： 1976 年 8 月
学 位： 博士
职 称： 教授
联系地址： 北京理工大学材料学院
邮政编码： 100081
电 话： 010-68912508
Email： chenrj@bit.edu.cn

教育经历
 2002/09 – 2005/08，北京理工大学化工与环境学院，博士
 1999/09 – 2002/07，中国农业科学院研究生院，硕士
 1995/09 – 1999/06，山西大学环境科学系，学士

工作经历
 2011-07 – 至今 北京理工大学 教授
 2012/09 – 2013/09 英国剑桥大学，访问学者
 2008/07 – 2011/06 北京理工大学 副教授
 2007/05 – 2008/06 北京理工大学 讲师
 2005/09 – 2007/05 清华大学 博士后

研究领域
先进能源材料、多电子高比能二次电池新体系及关键材料等领域

社会任职
中国电池工业协会二次电池与新型能源分会学术秘书、中国化学会会员、国家自然科学基金委员会通讯评委；Energy & Environmental Science、Nano Energy 等国际期刊审稿人。

获奖情况
[1] 2013年度 国家技术发明二等奖
[2] 2012年度 中国轻工业联合会科技发明一等奖
[3] 2011年度 北京理工大学“杰出中青年教师发展支持计划”
[4] 2010年度 北京市“优秀人才培养资助计划”
[5] 2010年度 北京市“科技新星计划”
[6] 2009年度 教育部“新世纪优秀人才支持计划”
[7] 2008年度 中国轻工业联合会科技发明一等奖
[8] 2008年度 中国有色金属工业科学技术一等奖

科研项目
1. 国家自然科学基金面上项目，金属有机框架材料担载石墨烯复合硫电极材料的构筑与机理研究，2014/01-2017/12，83 万元，主持
2. 北京市科委重大科技项目，锂硫动力电池制备关键技术研发，2015/01-2016/12，500 万元，主持
3. 北京市中央在京高校重大成果转化项目，高性能锂二次电池新材料成果转化，2015/01-2017/12，2400 万元，第二负责人

论文专著
1. Wu Feng, Chen Junzheng, Chen Renjie*, Wu Shengxian, Li Li, Chen Shi, Zhao Teng.Sulfur/Polythiophene with a Core/Shell Structure: Synthesis and Electrochemical Propertiesof the Cathode for Rechargeable Lithium Batteries. Journal of Physical Chemistry C, 2011,115: 6057-6063.
2. Xiang Jin, Chen Renjie*, Wu Feng, Li Li, Chen Shi, Zou Qinqin. Physicochemical Properties of New Amide-based Protic Ionic Liquids and Their Use as Materials for Anhydrous Proton Conductors. Electrochimica Acta, 2011, 56: 7503-7509.
3. Wu Feng, Tan Guoqiang, Chen Renjie*, Li Li, Xiang Jin, Zheng Yuelei. Novel Solid-State Li/LiFePO4 Battery Configuration with a Ternary Nanocomposite Electrolyte for Practical Applications. Advanced Materials, 2011, 23: 5081-5085.
4. Wu Feng, Chen Junzheng, Li Li, Zhao Teng, Chen Renjie*. Improvement of Rate and Cycle Performence by Rapid Polyaniline Coating of a MWCNT/Sulfur Cathode. Journal of Physical Chemistry C, 2011, 115(49): 24411-24417.
5. Chen Renjie, He Zhouying, Li Li, Wu Feng, Xu Bin, Xie Man. Pore Size Effect of Carbon Electrodes on the Electrochemical Double-Layer Capacitance in LiTFSI/2-Oxazolidinone Complex Electrolyte. Journal of Physical Chemistry C, 2012, 116(3): 2594-2599.

专 利
1. 吴锋；谭国强；陈人杰；刘剑锐；李丽；陈实，一种锂二次电池正极薄膜的制备方法，中国发明专利：201310077378.7，专利授权日期：2015年6月3日
2. 吴锋；陈君政；陈人杰；赵腾；李丽；陈实，一种锂硫电池正极的制备方法，中国发明专利：201310181941.5，专利授权日期：2015年6月3日
3. 陈人杰；吴锋；张海琴；向晋；李丽；朱露；陈实，一种锂二次电池电解液添加剂及溶剂，中国发明专利：201110117437.X，专利授权日期：2013年5月1日
4. 陈人杰；吴锋；李丽；张蓉；谢曼；陈实；王国庆，一种离子液体基聚合物电解质，中国发明专利：201010100951.8，专利授权日期：2012年8月15日

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北京理工大学陈人杰教授Chem Soc Rev：二次电池回收综述

不断增长的能源需求和环境的恶化促使人们追求可持续能源和存储技术。作为整合可再生资源和电力运输的可充电电池正在经历前所未有的快速发展。然而，由于电池生产使用一些有毒材料和稀有资源会造成环境破坏和资源短缺，因此在开发电池系统时必须考虑电池回收。

近日，北京理工大学陈人杰教授从可持续的角度提供可充电电池回收的系统性概述，提出与电池回收相关的最先进的基础研究和工业技术，特别关注于锂离子电池回收。总结了电池回收的新机遇，挑战和未来前景。对于电池回收的未来发展，建议重新解释3R策略：重新设计，重复使用和回收利用（原来的3R策略是：reduce, reuse,recycle；新的3R策略是redesign, reuse,recycle）。目前这项工作已发表在Chem. Soc. Rev.（IF=40.182）之上。

2017年世界能源消耗量为586千万亿英热单位（Btu），可再生能源占13％，据预测到2030年世界能源消费总量将增加到663千万亿Btu，到2040年增长到736万亿Btu，而化石燃料的不可持续性意味着可再生能源是转化为电力供应是能量需求增长最快的能源形式，同时可再生能源的使用也对减缓温室效应有着极大助推作用。因此，迫切需要先进的储能技术来最大化实现可再生能源的使用。

可充电电池如锂离子电池和铅酸，镍氢和镍镉电池对于电气化运输和大规模电网储能应用非常重要，预计2025年全球电池市场总规模将超过1000亿美元。2010年至2025年间，电池年增长率为10％，这就意味着有大量报废的电池等待处理，但废旧可充电电池含有重金属元素，如有害的镍（Ni），钴（Co）和Pb。如果处理不当，对人类健康和环境会造成重大影响。除此之外有机酸和强碱/强酸可充电电池的电解质也会对环境造成污染。而且废旧电池中的重金属回收可以极大地缓解资源短缺的问题。因此，废弃可充电电池的回收是非常需要的，从经济和环境的角度来看都是有益的。

对于锂离子电池回收过程的目标是将废电池的组件分成不同的部分，这些部分可以重新引入有用材料的生产中特别是Co，Li和Ni。目前的回收技术可分为两大类：基于高温热解的火法冶金和基于低温溶液化学反应的湿法冶金。由于LIB的多种类型和尺寸以及复杂的化学组成使其回收复杂化。关于LIB的最佳回收过程尚未达成共识，这两种回收技术仍有很大的改进空间。除了最有价值的阴极材料外，现在更多的注意力集中在电池的其他组件上，包括电解质和阳极。

二次电池的生产每年以高速率增长，因此迫切需要解决相应的废电池回收问题。为了实现高度可持续的回收利用，需要从源头转向材料和结构设计。拟议的“3R和3E”战略为电池回收提供了新的视角，并指导了该领域的未来发展方向。作者在文中涉及了四种经典的可充电电池的回收及再利用，并从多个方面论证了废旧电池回收再利用的必要性和可行性。

本文结构框架

1、序言

2、二次电池的结构和组成

3、不同电池类型和部件的回收策略

    3.1预处理

3.1.1手工预处理

3.1.2机械预处理

    3.2火法冶金

    3.3湿法冶金

3.3.1沥滤

3.3.2溶剂萃取

3.3.3化学沉淀

3.3.4其他合成方法

3.3.5重新合成正极材料等高附加值产品

    3.4负极和电解质回收

3.4.1负极回收

3.4.2电解质回收

    3.5铅酸电池回收

3.5.1火法冶金

3.5.2湿法冶金

    3.6镍基电池回收

    3.7电池回收的一般性技术和试剂

4、工业化实际应用

5、电池回收寿命循环评估

    5.1定义和阶段

    5.2再循环过程的寿命循环评估

6、电动车用蓄电池的二次利用

    6.1二次利用的动机和定义

    6.2镍氢电池的二次利用

    6.3经济可行性分析

    6.4技术可行性分析

    6.5环境可行性分析

    6.6市场可行性分析

7、法律法规和条例

8、机遇、挑战及未来展望

9、总结

Xiaoxiao Zhang,Li Li,Ersha Fan, QingXue, Yifan Bian, Feng Wu, Renjie Chen, Toward sustainable andsystematic recycling of spent rechargeable batteries, Chem. Soc. Rev., 2018, DOI:10.1039/c8cs00297e

jiaoshijie

北理工AFM综述：高性能锂硫电池功能电解质的发展与挑战

由于高能量密度、低成本和环保等优点，锂硫（Li–S）电池成为下一代电池最重要的候选之一。然而，普通液态电解质固有的多硫化物穿梭现象引起的问题（例如容量衰减、循环寿命差等）阻碍了Li–S电池在各种场合的应用。用于Li–S电池的功能性电解质的开发有望缓解这些问题。过去几年间大量工作致力于研究功能性电解液，期望获得高离子导率、低粘度、良好的化学和电化学稳定性、非易燃性和低成本的应用于高性能Li–S体系的电解质。

近期，北京理工大学陈人杰教授在Advanced Functional Materials期刊上发表题为“Development and Challenges of Functional Electrolytes for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries”的综述论文。该工作总结了目前Li–S电池电解液的主要工作，包括液态、固态和混合电解质体系。通过利用不同的功能溶剂、锂盐和添加剂可以减轻多硫化物穿梭带来的问题。优化后的固态电解质可以增强离子电导率并降低界面电阻。由两种或多种电解质组成的混合电解质具有更多潜在的优点。另外基于对高性能Li–S电池的要求，该工作展望了功能性电解质的挑战和可能的发展趋势。

该综述讨论了包括液态、固态和混合电解质的Li–S体系中电解质的最新进展。并且总结了不同电解质体系各自的作用、优缺点以及改进的方向，为开发高性能Li–S电池提供了理论指导。

在过去几年中，液体电解质溶剂的研究主要集中在醚类电解质上，溶剂化氧原子和醚基溶剂的链强度都会影响多硫化物的溶解度。此外，多种醚类溶剂的混合使用在Li–S电池中变现出协同作用。高浓度的锂盐可以抑制多硫化物的穿梭，但是由于电解质的粘度增加，锂离子的传输受阻。另外，在电解质中加入少量添加剂被认为是一种有效且经济的方法。

由于Li–S电池的多硫化物溶解反应机理，醚类电解质的添加量往往太大。为了开发高能量密度的Li–S电池，碳酸酯类、砜和离子液体作为液态电解质的新体系被大量研究。碳酸酯溶剂有助于在负极侧形成稳定的SEI，避免副反应和电解质的进一步耗尽，然而碳酸酯类溶剂与多硫化物之间的反应限制了其应用。此外，具有较高多硫化物溶解度的砜溶剂也可用于Li–S电池，对于这种溶剂，多硫化物溶解度和溶剂粘度之间的平衡点是是实现高容量和倍率性能所必须考虑的。由于对多硫化物较低的溶解度，基于离子液体的电解质也收到极大关注。

Development and Challenges of Functional Electrolytes for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries. (Advanced Functional Materials, 2018, DOI: 10.1002/adfm.201800919)

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201800919

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陈人杰AM综述：负极界面工程和结构设计实现高性能Li-S电池

Li-S电池被视为高比能可充二次电池的最优选择。在之前的研究中，研究人员的重点放在解决多硫化物的穿梭、正极体积膨胀以及提高硫的导电性等问题上。然而，Li-S电池中负极的不稳定成为限制其性能提升的瓶颈。在本文中，作者对有关Li-S电池负极研究（包括金属锂负极、含碳负极以及合金负极等）进行了概括总结。基于上述几种负极，其负极界面工程及结构设计被认为是实现理想负极的两个重要方向。由于高反应性和循环过程中严重的体积膨胀，金属锂负极面临着严重的副反应以及结构变化等问题。电解液修饰形成的原位固态电解质界面以及非原位人工涂层能够有效增强金属锂负极的界面稳定性。采用合理设计的负极取代常规锂箔不仅能够抑制锂枝晶的生长，同时还能够延缓金属锂负极的失效。

Zhao Y, et al. Anode Interface Engineering and Architecture Design for High‐Performance Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806532

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806532

zhanhui

2019年4月16日，著名材料学期刊 《先进功能材料》 （Advanced Functional Materials, 2019, 1900950.）在线报道了北京理工大学先进结构技术研究院方岱宁院士，陈浩森副教授，宋维力副教授与北京理工大学材料学院陈人杰教授合作发表的固态锂金属电池界面电/化/力耦合问题综述。该综述从全新的电-力-化耦合的角度分析了固态锂金属电池中界面物理接触和锂沉积两个关键的界面问题，并对相应的失效机理和解决方案进行了分析和展望。

近年来，电子信息、轨道交通、航空航天等许多领域对二次电池的能量密度的要求不断提高，如何有效提高电池的能量密度是目前学术界、产业界关心的重要问题。而全固态锂金属电池因其能量密度高、电池结构安全简单而一直被认为是最具前景的下一代高性能二次电池。目前，全固态锂金属电池的研发尚处于初步阶段，固态电解质离子电导率、固-固界面接触问题、锂枝晶生长等一系列问题严重限制了其进一步发展和应用。

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锂-空气电池由于其严重的容量衰减和差的倍率能力，实现实用的锂空气电池仍然是具有挑战性的，而电解质是电池衰竭的主要原因。北京理工大学陈人杰课题组综述了可充电锂空气电池电解质的机遇和挑战，对其提供了详细的总结，包括反应机理、内部组成、不稳定因素、选择标准和探索的电解质的设计思想，以获得满足电池要求的适当策略。研究者将锂空电池电解质分为：（Ⅰ）非质子电解质，（Ⅱ）离子液体电解质，（Ⅲ）固态电解质，（Ⅳ）水溶性和杂化电解质，并对最近的研究进展和对电解质的观点进行详细讨论，包括电解质材料的选择标准、新的电解质组合物、电解质添加剂的有效设计和使用，以及电池结构的创新。其中，离子液体（IL）电解质和固态电解质显示出能够获得高能量密度和安全性令人兴奋的机会。该评论旨在提供信息以帮助选择合适的锂空电池电解质，并表明现有的挑战，以找到通过电解质优化而改善锂空气电池性能的方法。

Jingning Lai, Yi Xing, Nan Chen, Li Li, FengWu, Renjie Chen. A comprehensive insight into the electrolytes for rechargeable lithium–air batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201903459

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201903459

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北京理工大学的陈人杰教授课题组设计了一种层层组装的超细CoS2纳米颗粒镶嵌的碳纳米片作为硫的载体材料。每一层的碳纳米片包含两层BMZIFs衍生的多孔碳致密地锚定在还原氧化石墨烯（rGO）的两侧，其中多孔碳中镶嵌有BMZIFs衍生的超细CoS2纳米颗粒。具有较大比表面积和分级多孔结构的碳纳米片可以有效地固定多硫化物，以rGO为基底的相互贯穿的多层碳片具有良好的导电性和界面连通性，可以促进电子和离子的快速传输。BMZIFs衍生的超细CoS2纳米颗粒不仅可以化学吸附多硫化物，还可以为催化多硫化物的氧化还原反应提供充足的活性位点，使得多硫化物不易在有机电解液中溶解扩散，从而提升电池的倍率性能和循环稳定性。基于该超细CoS2纳米颗粒镶嵌的碳纳米片的硫正极在1C和5 C倍率下的放电容量分别为1180.7和700 mAh g-1，在5 C倍率下循环1000周后的容量衰减率仅为0.033%/周。即使当硫载量为3.0 mg cm-2时，该复合正极在300周循环后仍表现出较高的放电容量和循环稳定性。研究成果以题为“Boosting High-Rate Li-S Batteries by an MOF-Derived Catalytic Electrode with a Layer-by-Layer Structure”发布在著名期刊Adv. Sci.上。