基于苝-三嗪共轭聚酰亚胺的高倍率长循环钠离子电池正极材料

《Journal of Energy Storage》：Molecularly robust aromatic polyimide cathode for high-rate and long-cycle-life sodium-ion batteries

本工作通过苝酐（PTCDA）与三聚氰胺（MA）缩聚合成了新型芳香共轭聚酰亚胺材料（MA-PTC）。该材料凭借高密度氧化还原活性基团（羰基，C=O）和稳固的分子结构，展现出卓越的倍率性能（2 A g?1下容量为96.8 mAh g?1）和长循环稳定性（1000次循环后容量保持率达75.4%），为克服有机电极材料在有机电解液中的溶解性、低电导率及活性位点利用率低等挑战提供了有效策略，对未来大规模钠离子电池（SIB）储能系统发展具有重要意义。

　　

Highlight

材料

苝-3,4,9,10-四羧酸二酐、异喹啉和1,3,5-三甲基苯购自上海麦克林生化科技有限公司。三聚氰胺购自国药集团化学试剂有限公司。二甲基亚砜（DMSO）和N-甲基吡咯烷酮（NMP）购自天津富宇精细化工有限公司。所有化学品均直接使用，未经进一步纯化。

MA-PTC的制备

MA-PTC是通过三聚氰胺（MA）和苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA）的缩聚反应合成的。

结果与讨论

图1a展示了由三聚氰胺（MA）和PTCDA通过缩聚反应制备MA-PTC的合成路线。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散谱（EDS）对制备材料的形貌进行了观察。图1b-d中的SEM图像表明，MA-PTC材料呈现出高度均匀的纳米棒形态，典型尺寸为300-500纳米长，直径约100纳米，长径比范围为3-5。这种规整的形貌有利于电解液浸润和离子传输。

结论

总之，我们合成了一种新型芳香共轭聚酰亚胺MA-PTC，它表现出优异的电化学性能（0.1 A g^?1下容量为130 mAh g^?1）和高电流密度下的长期稳定性。得益于丰富的氧化还原活性羰基中心、能够调节电极材料电子结构的三嗪单元以及稳固的共轭骨架，MA-PTC有效克服了传统有机小分子易溶于有机电解液、电导率低和循环稳定性差的缺点。这项工作为开发低成本、高性能的钠离子电池（SIB）正极材料奠定了基础。