聚酰亚胺（PI）是含有两个与氮键合的酰基的酰亚胺单体的聚合物，具有耐高温、柔韧性好、重量小、拉伸强度高等优点，有望用于开发高安全性的复合集流体。因此研究基于PI复合集流体的材料合成、结构与方法设计具有重要意义。

      基于上述背景，广东工业大学材料与能源学院闵永刚教授课题组和仲恺农业工程学院廖松义老师以PI为基底，通过激光打孔和真空蒸镀的方法，将Cu原子蒸镀至多孔的PI薄膜上，制备了多孔镀铜的PI（Cu@PPI）集流体，制备方法如图1所示。Cu@PPI集流体的运行原理如图2所示，Cu@PPI集流体表面的电子通过孔内边缘的Cu层传输，保证了电化学反应的有序进行；SEM（图3）表明，多孔的PI薄膜完全被Cu原子所包覆。

图1 Cu@PPI集流体的制备示意图

图2 Cu@PPI集流体在LIBs中的运行原理图

图3 (a) Cu@PP的数码照片; (b,c) Cu@PI-1000的SEM图像; (d) EDS图谱

      本研究分别制备了200 nm、500 nm、1000 nm、1500 nm的Cu@PPI集流体，通过与商业铜箔对比发现，Cu@PPI的方块电阻略高于铜箔，但是Cu@PPI的体积密度远小于商业铜箔，这表明了Cu@PPI组装的LIBs具有超高的能量密度和良好的应用前景。

图4 (a) 方块电阻对比; (b) 面密度对比; (c) 厚度/质量重量对比; (d) 体积密度对比

      电化学性能表明，相较于商业铜箔和其它厚度的Cu@PPI，Cu@PPI-1000具有最好的倍率和循环性能，结合Cu@PPI-1000的物理性质（面质量、厚度、重量、体积密度），Cu@PPI-1000被认为是最适合用于LIBs中的集流体。

图5 (a) 商业铜箔电极的CV曲线; (b) Cu@PPI-1000电极的CV曲线; (c) 铜箔和Cu@PPI电极的EIS谱图; (d) 铜箔和Cu@PPI电极的倍率性能; (e) 铜箔电极的充放电曲线; (f) Cu@PPI-1000电极的充放电曲线

图6 (a) 铜箔和Cu@PPI-1000电极在500 mA·g^-1电流密度下的循环性能; (b) 铜箔电极的充放电曲线; (c) Cu@PPI-1000电极的充放电曲线

      该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。刘存生硕士毕业生是该论文的第一作者，闵永刚教授和廖松义老师为通讯作者。该项工作得到这项工作得到了2019佛山市科技创新团队（1920001000108）、广东省基础与应用基础研究基金（2021A1515111103）、广州市科技计划项目（202201010867）、广东省科技重大专项项目（220110165851234）以及国家重点研发计划（2020YFB0408100）的资金支持。

原文信息：

Copper-coated Porous Polyimide as Ultralight and Safe Current Collectors for Advanced LIBs

Liu, C. S.; Hu, J. Q.; Mao, T. T.; Liao, S. Y.; Feng, R. M.; Liu, Y. D.; Min, Y. G.

Chinese J. Polym. Sci.

DOI: 10.1007/s10118-023-3062-8