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日本研究人員使用新復(fù)合聚合物粘合劑可提高鋰離子電池中硅陽(yáng)極的性能

時(shí)間:2022-05-24 09:08來源:蓋世汽車作者:劉麗婷

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據(jù)外媒報(bào)道，日本北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（Japan Advanced Institute of Science and Technology）的研究人員使用一種用于硅顆粒的自修復(fù)復(fù)合聚合物粘合劑，提高了鋰離子電池中硅陽(yáng)極的性能。該新的粘合劑可提高穩(wěn)定性并保證SEI層非常薄。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于期刊《ACS Applied Energy Materials》。

圖片來源：期刊《ACS Applied Energy Materials》

該粘合劑是一種聚合物復(fù)合材料，由n型導(dǎo)電聚合物聚（雙亞氨基苊醌）（P-BIAN）和含羧酸鹽的聚合物聚（丙烯酸）（PAA）組成，且均通過氫鍵相互連接。

該復(fù)合聚合物結(jié)構(gòu)像網(wǎng)一樣將硅顆粒固定在一起，以防止破裂。兩種聚合物之間的氫鍵允許結(jié)構(gòu)自我修復(fù)，無(wú)論聚合物在何時(shí)斷裂，它們都可以重新連接。此外，P-BIAN的n型摻雜能力提高了陽(yáng)極的導(dǎo)電性，并通過限制陽(yáng)極上電解質(zhì)的電解分解來保持較薄的SEI。

為了測(cè)試粘合劑，研究人員構(gòu)建了一個(gè)陽(yáng)極半電池，由帶有石墨（Si/C）的硅納米顆粒、粘合劑（P-BIAN/PAA）和乙炔黑（AB）導(dǎo)電添加劑組成。而Si/C/（P-BIAN/PAA）/AB陽(yáng)極會(huì)經(jīng)歷重復(fù)的充放電循環(huán)。

研究發(fā)現(xiàn)，P-BIAN/PAA粘合劑可穩(wěn)定硅負(fù)極，并在600多次循環(huán)中保持2100 mAh g-1的比放電容量。相比之下，裸硅碳陽(yáng)極的容量在90個(gè)循環(huán)內(nèi)就下降到600 mAh g-1。

測(cè)試結(jié)束后，研究人員拆開陽(yáng)極并檢查材料是否存在硅破裂可能導(dǎo)致的裂縫。經(jīng)400次循環(huán)后的光譜和顯微鏡檢查顯示其結(jié)構(gòu)光滑，僅有幾個(gè)微裂紋，這表明添加粘合劑能夠改善電極的結(jié)構(gòu)完整性并保持均勻的SEI。

結(jié)果表明，添加粘合劑可以改善硅陽(yáng)極的特性，使其具有實(shí)用性。隨著對(duì)鋰離子電池需求的增加，作為地球上儲(chǔ)量排名第八的材料，硅將成為很有可能替代石墨的環(huán)保品。而通過使用粘合劑，以改善其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，將使其更適合在未來的鋰離子電池中使用。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋰離子電池硅陽(yáng)極

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