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Constructing high-toughness polyimide binder with robust polarity and ion-conductive mechanisms ensuring long-term operational stability of silicon-based anodes

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Journal of Energy Chemistry 2024年第6期93卷 580-591,I0014页

作者： Yongjun Kang Nanxi Dong Fangzhou Liu Daolei Lin Bingxue Liu Guofeng Tian Shengli Qi dezhen wu State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China ENFI R&D Institute China ENFI Engineering CorporationBeijing 100038China China Automotive Battery Research Institute Co. Ltd.Beijing 101407China Changzhou Institute of Advanced Materials Beijing University of Chemical TechnologyChangzhou 213164JiangsuChina

Silicon-based materials have demonstrated remarkable potential in high-energy-density batteries owing to their high theoretical ***,the significant volume expansion of silicon seriously hinders its utilization as a lithium-ion ***,a functionalized high-toughness polyimide(PDMI) is synthesized by copolymerizing the 4,4'-Oxydiphthalic anhydride(ODPA) with 4,4'-oxydianiline(ODA),2,3-diaminobenzoic acid(DABA),and 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyl disiloxane(DMS).The combination of rigid benzene rings and flexible oxygen groups(-O-) in the PDMI molecular chain via a rigidness/softness coupling mechanism contributes to high *** plentiful polar carboxyl(-COOH) groups establish robust bonding *** ionic transport is achieved by incorporating the flexible siloxane segment(Si-O-Si),which imparts high molecular chain motility and augments free volume holes to facilitate lithium-ion transport(9.8 × 10^(-10) cm^(2) s^(-1) vs.16 × 10^(-10) cm^(2) s~(-1)).As expected,the SiO_x@PDMI-1.5 electrode delivers brilliant long-term cycle performance with a remarkable capacity retention of 85% over 500 cycles at 1.3 A g^(-1).The well-designed functionalized polyimide also significantly enhances the electrochemical properties of Si nanoparticles ***,the assembled SiO_x@PDMI-1.5/NCM811 full cell delivers a high retention of 80% after 100 *** perspective of the binder design strategy based on polyimide modification delivers a novel path toward high-capacity electrodes for high-energy-density batteries.

关键词： Polyimide binder High toughness Robust ionic transport Silicon-based anodes Lithium-ion batteries

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聚酰亚胺纤维/石英纤维混杂增强复合材料的制备及性能研究

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化工新型材料 2024年第8期52卷 106-110页

作者：刘少飞徐鸿杰王占文战佳宇田国峰武德珍江苏先诺新材料科技有限公司常州213149 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京化工大学北京100029

结合石英纤维(QF)界面性能好、压缩性能优异以及高强高模聚酰亚胺(PI)纤维密度低、模量高的优势,通过层间混杂设计制备了一系列PI/QF混杂增强复合材料,讨论了混杂比和铺层结构对复合材料弯曲性能、压缩性能和介电性能的影响。结果表明:... 详细信息

结合石英纤维(QF)界面性能好、压缩性能优异以及高强高模聚酰亚胺(PI)纤维密度低、模量高的优势,通过层间混杂设计制备了一系列PI/QF混杂增强复合材料,讨论了混杂比和铺层结构对复合材料弯曲性能、压缩性能和介电性能的影响。结果表明:与石英纤维增强复合材料相比,聚酰亚胺增强复合材料具有更为优异的弯曲性能和在小应变下的抗压缩变形能力,但是压缩强度方面仍有不足;混杂增强复合材料均表现出优异的介电性能,介电常数在2.95~3.3之间,介电损耗小于8.0×10^(-3)。

关键词：聚酰亚胺纤维石英纤维混杂复合材料介电性能

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Novel polyimide binder for achieving high-rate capability and long-term cycling stability of LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2) cathode via constructing polar and micro-branched crosslinking network structure

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Journal of Energy Chemistry 2023年第1期76卷 19-31,I0002页

作者： Yueming Xu Yali Wang Nanxi Dong Chuanzhi Pu Bingxue Liu Guofeng Tian Shengli Qi dezhen wu State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China ENFI R&D Institute China ENFI EngineeringCorporationBeijing 100038China China Automotive Battery Research Institute Co. Ltd.Beijing 101407China

LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)material,as the promising cathode candidate for next-generation highenergy lithium-ion batteries,has gained considerable attention for extremely high theoretical capacity and low ***,the intrinsic drawbacks of NCM811 such as unstable structure and inevitable interface side reaction result in severe capacity decay and thermal ***,a novel polyimide(denoted as PI-Om DT)constructed with the highly polar and micro-branched crosslinking network is reported as a binder material for NCM811 *** micro-branched crosslinking network is achieved by using 1,3,5-Tris(4-aminophenoxy)benzene(TAPOB)as a crosslinker via condensation reaction,which endows excellent mechanical properties and large free ***,the massive polar carboxyl(-COOH)groups provide strong adhesion sites to active NCM811 *** functions of PIOm DT binder collaboratively benefit to forming the mechanically robust and homogeneous coating layer with rapid Li+diffusion on the surface of NCM811,significantly stabilizing the cathode structure,suppressing the detrimental interface side reaction and guaranteeing the shorter ion-diffusion and electron-transfer paths,consequently enhancing electrochemical *** compared to the NCM811 with PVDF binder,the NCM811 using PI-Om DT binder delivers a superior high-rate capacity(121.07 vs.145.38 m Ah g^(-1))at 5 C rate and maintains a higher capacity retention(80.38%vs.91.6%)after100 cycles at 2.5–4.3 ***,at the high-voltage conditions up to 4.5 and 4.7 V,the NCM811 with PI-Om DT binder still maintains the remarkable capacity retention of 88.86%and 72.5%after 100 cycles,respectively,paving the way for addressing the high-voltage operating stability of the NCM811 ***,the full-charged NCM811 cathode with PI-Om DT binder exhibits a significantly enhanced thermal stability,improving the safety performance of *** work opens a new avenue for developing

关键词： Polyimide Binder Micro-branched crosslinking network NCM811 cathode Lithium-ion battery

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Preparation and characterization of polyimide/silica/silver composite films

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Frontiers of Chemical Science and Engineering 2008年第3期2卷 291-295页

作者： Ning LUO Zhanpeng wu Nanxiang MOU Lizhong JIANG dezhen wu State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China

Polyimide/silica/silver hybrid films were prepared by the sol-gel method combined with in situ singlestage self-metallization *** structure of polyimide films in the thermal curing process and the influence of silica content on the migration and aggregation of silver particles to the surface of hybrid films were *** hybrid films were characterized by transmission electron microscopy,dynamic mechanical thermal analysis,Fourier transform infrared spectroscopy,ultraviolet visible spectroscopy and mechanical *** results indicated that there was no degradation of the polyimide matrix after the formation of silica and silver *** acted as the nucleus for the silver *** increasing silica content,more and more silver particles were kept in the hybrid films instead of beingmigrated onto the surface of the hybrid films and the reflections of hybrid films decreased gradually.

关键词： polyimide silica silver self-metallization hybrid films

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高黏尼龙66的合成工艺及性能研究

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化工新型材料 2024年第5期52卷 125-132页

作者：刘悦李洪娟姚丽菲王亚涛齐胜利武德珍李建华北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 开滦煤化工研发中心唐山063018 河北省煤基材料与化学品技术创新中心唐山063018

高黏尼龙66在力学性能、化学稳定性等方面均优于一般尼龙66,具有广阔的市场空间和发展前景。采用分段滴加的方法制备出了高纯度的尼龙66盐,探究了预缩聚温度、预缩聚时间、预缩聚压力、盐溶液pH以及催化剂用量对尼龙66聚合过程及相对黏... 详细信息

高黏尼龙66在力学性能、化学稳定性等方面均优于一般尼龙66,具有广阔的市场空间和发展前景。采用分段滴加的方法制备出了高纯度的尼龙66盐,探究了预缩聚温度、预缩聚时间、预缩聚压力、盐溶液pH以及催化剂用量对尼龙66聚合过程及相对黏度的影响,确定了生产高黏尼龙66的工艺条件为预聚温度210℃、预聚时间1h、预聚压力1.8MPa、尼龙盐液pH为7.7、催化剂用量0.1%。所合成的尼龙66的黏度可在2.8~4.7间调节,该高黏尼龙66综合性能优异,热稳定性好,耐磨损,能够满足高黏工程用尼龙66的使用要求。

关键词：尼龙66 高黏度合成

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Electron configurations at 3d orbital of metal ion determining charge transition process in memory devices

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Science China Materials 2021年第7期64卷 1713-1722页

作者： Jiacong Guo Yankun Zhang Guofeng Tian Deyang Ji Shengli Qi dezhen wu Wenping Hu State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China Tianjin Key Laboratory of Molecular Optoelectronic Science Department of ChemistryInstitute of Molecular Aggregation ScienceTianjin UniversityTianjin 300072China Beijing National Laboratory for Molecular Sciences Beijing 100190China Changzhou Institute of Advanced Materials Beijing University of Chemical TechnologyChangzhou 213164China Tianjin Key Laboratory of Molecular Optoelectronic Science Department of ChemistrySchool of ScienceTianjin University&Collaborative Innovation Center of Chemical Science and EngineeringTianjin 300072China

Functional polymeric materials with electrical bi-stable states possess significant potential for high-density data storage due to their nanoscale memory site,threedimensional-stacking ability and intrinsic *** polyimides bearing donor-acceptor(D-A)skeleton could form the charge transfer complex(CTC)under an electrical field,leading to their feasibility as memory *** novel porphyrinated polyimides DATPP-DSDA,Zn-DATPP-DSDA and Mn-DATPP-DSDA were designed and synthesized for information memory *** ions with different electron configurations at 3 d orbital have a determining influence on memory behaviors of polyimides:nonvolatile write-once-read-many-times memory(WORM)for DATPP-DSDA,volatile static random access memory(SRAM)for Zn-DATPP-DSDA,but no memory performance for *** comparing the contribution of orbital transition and hole-electron distribution of chargetransfer excited states,roles of metal ions in regulating memory types were *** simulation results indicate that the Zn ion could play a bridge role in paving the route for excited electrons from a D to an A,while a trap role for the Mn ion in hindering this *** study proves the feasibility of the strategy for modulating the memory behaviors of porphyrinated polyimides by varying the central metal ion and provides the exact effects of various metal ions on regulating charge transfer processes.

关键词： memory polyimide porphyrin charge transfer

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天然石墨-纳米银/聚氨酯导电复合薄膜的制备及性能

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复合材料学报 2007年第4期24卷 63-66页

作者：洪凤宏吴战鹏刘武武德珍金日光北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室北京100029

采用热处理还原银盐原位引入银粒子的方法,成功制备了天然石墨-纳米银/聚氨酯(C-Ag/PU)导电复合薄膜。并通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)观察了该复合薄膜的微观结构,用X射线衍射仪(XRD)跟踪了银的还原和银粒子的生长过程,探讨了加热... 详细信息

采用热处理还原银盐原位引入银粒子的方法,成功制备了天然石墨-纳米银/聚氨酯(C-Ag/PU)导电复合薄膜。并通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)观察了该复合薄膜的微观结构,用X射线衍射仪(XRD)跟踪了银的还原和银粒子的生长过程,探讨了加热温度和加热时间对银还原过程的影响,研究了纳米银的生成和聚集对C/PU复合体系导电性能的影响。结果表明,随着热处理的进行,银粒子不断地生成和聚集,最终以纳米尺寸(约10 nm)均匀分散在聚合物基体中。纳米银粒子在天然石墨粒子之间起到了桥梁的作用,改善了复合体系的导电通路,显著提高了复合体系的导电性。

关键词：聚氨酯天然石墨纳米银导电复合材料

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单苯基硅橡胶的合成与性能表征

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北京化工大学学报（自然科学版） 2010年第5期37卷 73-77页

作者：牟宏博吴战鹏武德珍北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室北京100029

采用阴离子开环聚合的方法,由含二甲基硅氧链节的环状甲基苯基硅氧烷、八甲基环四硅氧烷(D4)和四甲基四乙烯基环四硅氧烷(DV4i)在碱性催化剂KOH的作用下,合成出了3种苯基含量不同的硅橡胶,并通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(N... 详细信息

采用阴离子开环聚合的方法,由含二甲基硅氧链节的环状甲基苯基硅氧烷、八甲基环四硅氧烷(D4)和四甲基四乙烯基环四硅氧烷(DV4i)在碱性催化剂KOH的作用下,合成出了3种苯基含量不同的硅橡胶,并通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、差示扫描量热法(DSC)和动态热机械分析法(DMA)对其结构和性能进行了表征。结果表明,低苯含量的苯基硅橡胶(PVMQ)和甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)都为结晶性硅橡胶,而中苯含量的PVMQ为非结晶性硅橡胶;随着苯基含量的增大,苯基硅橡胶的拉伸强度逐渐增强,玻璃化转变温度(Tg)逐渐升高,耗损因子tanδ逐渐变大。

关键词：环硅氧烷阴离子开环聚合苯基硅橡胶

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聚酰亚胺/二氧化硅/银杂化薄膜的制备及其结构与性能研究

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高分子学报 2007年第11期17卷 1047-1051页

作者：罗宁吴战鹏牟南翔姜立忠武德珍化工资源有效利用国家重点实验室北京化工大学材料科学与工程学院北京100029

采用溶胶-凝胶和原位自金属化相结合方法制备聚酰亚胺(PI)/二氧化硅(SiO2)/银(Ag)三元复合薄膜,通过红外(FTIR)、透射电镜(TEM)、动态粘弹谱仪(DMTA)等系统地考察了热处理过程中杂化薄膜结构形态变化以及SiO2含量对金属银向基体表面迁... 详细信息

采用溶胶-凝胶和原位自金属化相结合方法制备聚酰亚胺(PI)/二氧化硅(SiO2)/银(Ag)三元复合薄膜,通过红外(FTIR)、透射电镜(TEM)、动态粘弹谱仪(DMTA)等系统地考察了热处理过程中杂化薄膜结构形态变化以及SiO2含量对金属银向基体表面迁移情况和杂化薄膜各种性能的影响.实验结果表明,在热处理过程中可以同时完成聚酰胺酸的亚胺化、SiO2粒子的形成及银的还原,并且可以通过改变热处理温度和时间或改变SiO2含量来控制银粒子向聚合物基体表面的迁移.

关键词：聚酰亚胺二氧化硅银自金属化杂化薄膜

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表面改性离子交换化学镀制备表面覆镍聚酰亚胺纤维

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复合材料学报 2018年第11期35卷 3154-3161页

作者：董南希田国峰齐胜利武德珍北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室北京100029 北京化工大学常州先进材料研究院常州213164

以高强度的聚酰亚胺(PI)纤维为基纤,采用表面改性离子交换和化学镀相结合的方法,成功制备了高强度、高导电性和热稳定性好的聚酰亚胺-Ni(PI-Ni)复合导电纤维,采用SEM观察纤维的微观形貌,通过XRD和EDS表征了镀层组成及相态结构,测试了纤... 详细信息

以高强度的聚酰亚胺(PI)纤维为基纤,采用表面改性离子交换和化学镀相结合的方法,成功制备了高强度、高导电性和热稳定性好的聚酰亚胺-Ni(PI-Ni)复合导电纤维,采用SEM观察纤维的微观形貌,通过XRD和EDS表征了镀层组成及相态结构,测试了纤维的力学性能、导电性、界面黏结性能及热性能。结果表明,PI-Ni纤维表面平整光滑,完整致密,镀层为非晶态Ni-P合金。PI-Ni束丝拉伸强度约为1.2GPa,电阻率为1.76×10-4Ω·cm,5%热失重温度为611℃,耐热性能优异,是一种高性能的有机导电纤维。

关键词：聚酰亚胺纤维 Ni 表面改性化学镀

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