吴晓东团队：构筑正负极通用的聚离子液体人工界面膜提高锂离子电池高温高电压循环性能

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电极/电解液界面稳定性对于锂离子电池的循环性能和安全性能都至关重要，在电极表面构建一个优异的界面SEI/CEI膜对于提高电池性能具有重要意义。
　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所吴晓东研究员团队项目研究员许晶晶和博士生张凤蕊设计了一种阳离子型聚离子液体（PIL）作为适用于高电压NCM622正极和石墨负极的人工SEI膜来抑制电解液在电极表面的分解。这种PIL膜具有高的力学模量、优异的电化学和化学稳定性，作为人工SEI膜可以有效地抑制界面副反应，特别是其丰富的阳离子基团与锂盐的PF6-阴离子和碳酸酯溶剂有较强的库伦作用，能促进锂离子在SEI膜中的传导。因此，PIL修饰的石墨负极比未修饰石墨负极显示了提高的循环性能和库伦效率室温。0.1C倍率下首次充放电的库伦效率由86%提高到了96%，1C倍率下循环150次后容量保持率由62.5%提高到89%（图1）。同时，这种PIL材料也适用于高电压正极材料，PIL修饰的NCM622正极在高温55°C和高电压4.5V下0.5C倍率循环120次后也保持了90%的容量保持率，而未修饰的NCM622容量保持率仅有2.7%（图2）。

　　图1 (a) 聚离子液体的化学结构，(b) 包覆了PIL膜的石墨负极的SEM侧面图，(c) 包覆了PIL膜的石墨负极的EDS分析，(d) 石墨||Li电池的首次充放电曲线，(e) 石墨||Li电池的首次循环伏安曲线，(f) PIL中阳离子骨架和EC的静电势图，(g) 石墨||Li电池的室温1C的循环稳定性，(h) 石墨||Li电池的室温1C的充放电曲线。

　　图2 (a) 不锈钢||Li扣电的LSV曲线，(b) NCM622||Li 电池循环前的电化学阻抗谱，(c) NCM622||Li 电池在25 °C 1C倍率的充放电曲线， (d) NCM622||Li 电池在25 °C 1C倍率的循环稳定性，25 °C 1C倍率循环后NCM622颗粒的SEM照片: (e)未修饰NCM622，(f) PIL修饰的NCM622，(g) NCM622||Li 电池在55 °C 0.5C倍率的循环稳定性，55 °C 0.5C倍率循环后NCM622颗粒SEM照片：(h) 未修饰NCM622，(i) PIL修饰的NCM622。
　　相关工作以“Constructing a universal artificial polymeric ionic liquid interfacial film for graphite anode and High-Voltage cathode”为题发表于Chem. Eng. J.上 。该工作得到了国家自然科学基金面上项目等资助，同时感谢苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)提供的测试帮助。
　　论文链接 ：https://authors.elsevier.com/a/1eYmq4x7R2cUmy


      文章来源：苏州纳米所
      吴晓东,苏州纳米所研究员。2004年6月年中科院物理研究所获理学博士学位。2004年6月加入荷兰DSM公司，担任Solutech事业部项目经理，从事超高分子量聚乙烯微孔薄膜的应用开发和市场技术推广；2006年2月，回国加盟苏州星恒电源有限公司，历任技术部经理、副总经理（兼总工程师）、汽车电池事业部总经理，从事动力锂离子电池产业化工作；2010年11月加盟诺莱特科技（中国）有限公司，任技术总监，从事一次和二次锂电池用电解液的开发工作；2011年6月，加入中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，任研究员、课题组长。发表论文8篇，平均引用次数25次；申请专利30多项。目前课题组主要从事储能材料与器件的研究。