日本研究人员使用新复合聚合物粘合剂 可提高锂离子电池中硅阳极的性能
时间:2022-05-24 09:08来源:盖世汽车 作者:刘丽婷
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据外媒报道，日本北陆先端科学技术大学院大学（Japan Advanced Institute of Science and Technology）的研究人员使用一种用于硅颗粒的自修复复合聚合物粘合剂，提高了锂离子电池中硅阳极的性能。该新的粘合剂可提高稳定性并保证SEI层非常薄。相关研究结果发表于期刊《ACS Applied Energy Materials》。
图片来源：期刊《ACS Applied Energy Materials》
该粘合剂是一种聚合物复合材料，由n型导电聚合物聚（双亚氨基苊醌）（P-BIAN）和含羧酸盐的聚合物聚（丙烯酸）（PAA）组成，且均通过氢键相互连接。
该复合聚合物结构像网一样将硅颗粒固定在一起，以防止破裂。两种聚合物之间的氢键允许结构自我修复，无论聚合物在何时断裂，它们都可以重新连接。此外，P-BIAN的n型掺杂能力提高了阳极的导电性，并通过限制阳极上电解质的电解分解来保持较薄的SEI。
为了测试粘合剂，研究人员构建了一个阳极半电池，由带有石墨（Si/C）的硅纳米颗粒、粘合剂（P-BIAN/PAA）和乙炔黑（AB）导电添加剂组成。而Si/C/（P-BIAN/PAA）/AB阳极会经历重复的充放电循环。
研究发现，P-BIAN/PAA粘合剂可稳定硅负极，并在600多次循环中保持2100 mAh g-1的比放电容量。相比之下，裸硅碳阳极的容量在90个循环内就下降到600 mAh g-1。
测试结束后，研究人员拆开阳极并检查材料是否存在硅破裂可能导致的裂缝。经400次循环后的光谱和显微镜检查显示其结构光滑，仅有几个微裂纹，这表明添加粘合剂能够改善电极的结构完整性并保持均匀的SEI。
结果表明，添加粘合剂可以改善硅阳极的特性，使其具有实用性。随着对锂离子电池需求的增加，作为地球上储量排名第八的材料，硅将成为很有可能替代石墨的环保品。而通过使用粘合剂，以改善其结构稳定性和导电性，将使其更适合在未来的锂离子电池中使用。
(责任编辑：子蕊)
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