摘要：硅材料由于其 较 高的理论比容量， 较低的嵌锂电势以及来源广泛等优点 在高能量密度电池中展现出广阔的应用前景。然而，实际应用仍面临诸多挑战，尤其需 解决 其在充放电过程中剧烈体积 变化 以及持续发生的界面副反应 的问题 。

硅材料由于其 较 高的理论比容量， 较低的嵌锂电势以及来源广泛等优点 在高能量密度电池中展现出广阔的应用前景。然而，实际应用仍面临诸多挑战，尤其需 解决 其在充放电过程中剧烈体积 变化 以及持续发生的界面副反应 的问题 。

对 硅表面 进行包覆改性 是增强硅阳极结构稳定性、 稳定固体 电解质界面 层 、促进Li +均匀传输的有效策略。然而，刚性涂层 （如碳层） 缺乏弹性，无法适应循环过程中硅的 巨大的 体积 变化 ，柔性 聚合物 涂层 本身 机械性能较差，并且 缺乏导电性，导致高负载 下电 极的显著极化和电极活性 的 降低 。

众所周知，聚酰亚胺 （PI） 是一种具有优异机械强度 、 耐高温 性 以及化学稳定性的高性能高分子材料，已被广泛用于 锂 离子电池电极材料中。然而， 如何 提升 聚酰亚胺 电子导电性，促进形成稳定 的 固态电解质界面 层 （SEI） 仍 是当前急需解决的关键问题。

为了解决这一问题，北京化工大学齐胜利教授、武德珍教授团队制备了一种兼具导离子和导电子性能的三维支化聚酰亚胺@银硅基负极界面层。通过 对聚酰亚胺进行结构设计，共聚多种功能单体使聚酰亚胺具有优异的模量和韧性， 引入支化结构三胺单体形成具有交联网络的3D 结构 聚酰亚胺 ， 有效抑制硅基负极体积膨胀。同时， 在聚酰亚胺中 原位还原三氟乙酰丙酮银 的前驱体 形成超小银纳米团簇增强了载流子的迁移率，促进形成稳定的SEI层。该 材料 设计解决了刚性导电涂层 过脆和 柔性聚合物涂层导电性差的问题，使芳香族聚酰亚胺界面层能够在抑制硅阳极体积膨胀的同时提高电子和离子导电性。 相关工作以“ In Situ Engineering of a 3D Branched Polyimide/Silver Interface Layer with Dual Ion-Electron Conductivity for Superior Structural Integrity and Long-Cycle Stability of Silicon Anodes ”为题发表在《 Advanced Functional Materials 》上。 论文第一作者为北京化工大学博士研究生康永军，北京化工大学 材料科学与工程学院齐胜利教授为本论文的通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。

图 1. PMTI-Ag合成路径以及物理化学性能表征

图 3 . 循环后SEI层分析及阻抗 比较

图 4 . 电极极化以及离子 /电子 电导率

图 5 . 循环后极片表征分析

图 6 . SiO x 电极、60℃下 纳米 Si电极、软包电池循环性能

图 7 . 有限元法模拟硅阳极锂化过程中锂离子扩散和 硅体积 膨胀

结论： 将纳米 银团簇与三维交联聚酰亚胺结合，制备了离子- 电子双 导电三维界面层（PMTI-Ag）。 该 设计解决了刚性导电涂层 过 脆和 柔性聚合物涂层导电性差的问题，使芳香族聚酰亚胺 界面 层能够促进 锂 离子的均匀扩散和电子的高效传递 、 有 效抑制 Si的体积变化，保持结构完整性， 形成 稳定的SEI ， 最终提高电化学性能。

文献详情

In Situ Engineering of a 3D Branched Polyimide/Silver Interface Layer with Dual Ion-Electron Conductivity for Superior Structural Integrity and Long-Cycle Stability of Silicon Anodes.

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来源：小尹的科学讲堂