唐博合金教授、芮一川副教授，姜磊博士最新 CEJ：构建基于氢键网络的深共晶复合物用作锂离子电池负极材料

第一作者：王祎婷

通讯作者：唐博合金*，芮一川*，姜磊*

单位：上海工程技术大学，比利时鲁汶大学

不可再生能源带来的环境问题和便携式电子设备对能源的巨大需求使得具有高能量密度的锂离子电池(LIBs)成为热门话题。负极电极材料对锂离子电池的电化学性能至关重要，尽管碳纳米材料、过渡金属氧化物、合金材料和金属有机骨架材料已被合成并用于LIBs，但也暴露出一些问题，如较差的电子传输性能、低电导率、严重的体积膨胀、复杂的制备工艺和环境不友好等，阻碍了LIBs的进一步开发和应用。因此，寻找能够解决上述瓶颈的负极材料迫在眉睫。

近日，来自 上海工程技术大学的唐博合金教授，芮一川副教授与比利时鲁汶大学的姜磊博士 合作，在国际知名期刊 Chemical Engineering Journal 上发表题为 “Constructing Novel deep eutectic composites based on hydrogen bond network as anode material for lithium-ion batteries” 的文章。该文章首次报道了非金属的深共晶复合材料用于锂离子电池负极材料，以季铵盐作为氢键受体，氮甲基吡咯烷酮（NMP）作为氢键供体，制备的负极材料表现出优越的存储性能。特别地，四乙基氯化铵（TEACl）/NMP在100 mA/g下循环420次后仍能提供764.8 mAh/g的可逆比容量，为目前商用石墨负极材料的两倍之多，并且在100 mA/g下循环1000次后库仑效率保持在接近100%。

在本文中，我们分别对比了四甲基氯化铵（TMACl）与TMACl/NMP深共晶复合材料，四乙基氯化铵（TEACl）与TEACl/NMP深共晶复合材料，四丁基氯化铵（TBACl）与TBACl/NMP深共晶复合材料，四丁基溴化铵（TBABr）与TBABr/NMP深共晶复合材料，四丁基碘化铵（TBAI）与TBAI/NMP深共晶复合材料用作锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明，深共晶复合材料具有比其相应的季铵盐更优异的电化学性能，这可能是因为深共晶复合材料中的氢键作用制造了缺陷，方便了锂离子的传输。而且，深共晶复合材料由于自身良好的流动性以及氢键作用，能够实时修复受损的反应界面。

在TMACl/NMP，TEACl/NMP和TBACl/NMP三种深共晶复合材料用作锂离子电池负极材料的电化学性能比较中，TEACl/NMP展现出最佳的电化学表现性，这与其稳定的结构、恰当的活性位点以及良好的结构自愈性有关。而TMACl与NMP之间难以形成氢键，TBACl/NMP链长过长所导致的结构扭转以及过量的氧化还原反应使得它们的电化学表现性低于TEACl/NMP。

在TBACl/NMP，TBABr/NMP和TBAI/NMP三种深共晶复合材料用作锂离子电池负极材料的电化学性能比较中，因为Br和I的电负性比Cl弱， Br和I表现出较小的氢键受体能力，所以与TBACl/NMP相比，TBABr/NMP和TBAI/NMP在初始电化学性能方面相对较差。

Y. Wang, Y. Li, J. Chai, Q. Li, J. Du, Y. Rui, L. Jiang, B. Tang, Constructing novel deep eutectic composites based on hydrogen bond network as anode material for lithium-ion batteries, Chemical Engineering Journal (2023), 

doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148485

唐博合金 教授简介：2004年于南开大学化学化工学院（物理化学）新催化材料研究所获得博士学位。2004年加入华东师范大学-美国ACCELERGY能源公司新催化材料方向从事博士后研究工作。2006年加入上海工程技术大学，现为上海工程技术大学化学化工学院教授。他目前的研究重点是金属有机框架材料（MOFs），新型超级电容器电极材料，锂（钠）离子电池电极材料等方面的研究。以通讯作者身份在Small、Chem. Eng. J.、Green Chem.、ACS Appl. Mater. Inter.、Dalton Trans.、J. Alloy. Compd. 、Electrochim. Acta等学术刊物上已发表论文110余篇。

芮一川 副教授简介：东华大学/慕尼黑工业大学联合培养博士，现为上海工程技术大学化学化工学院副教授，入选上海市扬帆人才计划。主要研究兴趣为面向能源转换和存储的功能纳米材料，以第一作者或通讯作者在ACS Mater. Lett., Chem. Eng. J, ACS Appl. Mater. Interfces, Solar RRL, J. Power Sources, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, J. Mater. Chem. C等期刊发表SCI论文50余篇（一、二区 > 40篇），ESI高被引2篇，个人H-index为24，获授权发明专利13项，参编Springer英文专著一章。主持国家自然科学基金、上海市自然科学基金、上海市扬帆人才计划和上海市高校优秀青年教师培养资助计划等科研项目。

姜磊 博士简介：姜磊目前在比利时鲁汶大学化学工程系从事科研工作，他于2022年在上海工程技术大学化学化工学院获得硕士学位，毕业后赴鲁汶大学继续攻读博士学位。他的研究主要集中在锂离子电池中的金属有机框架和共价有机框架材料以及渗透汽化膜技术的探索。

王祎婷 ：上海工程技术大学化工学院在读硕士研究生，主要研究金属有机框架材料（MOFs）、熔融盐材料以及深共晶复合物材料在锂（钠）离子电池的应用。以第一作者在Chem. Eng. J.、Dalton Trans. 和NEW J CHEM.期刊发表3篇论文。

上海工程技术大学能源转换与存储团队长期致力于锂（钠）离子电池、新型太阳能电池、超级电容器等方向的研究。本团队拥有完备的研究平台，覆盖从材料制备到电池组装测试的全过程。此外，团队与国内外本领域的顶尖高校和研究机构保持紧密合作，进行高水平学术交流。