日本研究人員使用新復合聚合物粘合劑 可提高鋰離子電池中硅陽極的性能
時間:2022-05-24 09:08來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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據外媒報道，日本北陸先端科學技術大學院大學（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復合聚合物粘合劑，提高了鋰離子電池中硅陽極的性能。該新的粘合劑可提高穩定性并保證SEI層非常薄。相關研究結果發表于期刊《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合材料，由n型導電聚合物聚（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。
該復合聚合物結構像網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構自我修復，無論聚合物在何時斷裂，它們都可以重新連接。此外，P-BIAN的n型摻雜能力提高了陽極的導電性，并通過限制陽極上電解質的電解分解來保持較薄的SEI。
為了測試粘合劑，研究人員構建了一個陽極半電池，由帶有石墨（Si/C）的硅納米顆粒、粘合劑（P-BIAN/PAA）和乙炔黑（AB）導電添加劑組成。而Si/C/（P-BIAN/PAA）/AB陽極會經歷重復的充放電循環。
研究發現，P-BIAN/PAA粘合劑可穩定硅負極，并在600多次循環中保持2100 mAh g-1的比放電容量。相比之下，裸硅碳陽極的容量在90個循環內就下降到600 mAh g-1。
測試結束后，研究人員拆開陽極并檢查材料是否存在硅破裂可能導致的裂縫。經400次循環后的光譜和顯微鏡檢查顯示其結構光滑，僅有幾個微裂紋，這表明添加粘合劑能夠改善電極的結構完整性并保持均勻的SEI。
結果表明，添加粘合劑可以改善硅陽極的特性，使其具有實用性。隨著對鋰離子電池需求的增加，作為地球上儲量排名第八的材料，硅將成為很有可能替代石墨的環保品。而通過使用粘合劑，以改善其結構穩定性和導電性，將使其更適合在未來的鋰離子電池中使用。
(責任編輯：子蕊)
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