广东省科学院生医所谢东Small综述:用于高性能锂离子电池的聚丙烯酸基水性粘结剂-从分子结构设计到性能研究
2024-11-05 来源:高分子科技
锂离子电池(LIBs)因其具有高比能量、高比容量和长寿命等优点被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车(EVs)及储能设备领域。随着对高功率锂电池需求的不断增长,硅(Si)作为负极材料凭借其理论比容量高(4200 mAh g-1)而备受关注。然而,Si在充放电过程中会发生剧烈的体积膨胀(>300%),导致颗粒破碎粉化,电池容量迅速衰减。为解决这一问题,研究人员提出了一系列策略,包括材料纳米化、复合结构构建、电解质改性以及新型粘结剂的开发等。其中,开发新型聚合物粘结剂被认为是缓解Si体积膨胀问题的有效方法之一。
聚丙烯酸(PAA)及其衍生物由于含有高密度的极性-COOH官能团,能够与Si颗粒表面-OH形成共价键或氢键,可以有效缓解Si颗粒的体积变化,确保电极在循环过程中的结构完整性;同时还增强了Li+传输能力,降低了电极极化,提高了SEI膜的稳定性,因此PAA成为锂离子电池的理想粘结剂之一。
作者首先对比了传统的油性PVDF粘结剂、水性CMC粘结剂与水性PAA粘结剂之间的优劣势,简短介绍了锂离子电池粘结剂所需具备的特性以及PAA粘结剂所面临的问题。为解决这些问题,研究人员从PAA基聚合物的共混改性以及共聚改性等多种策略出发,重点评估了PAA基粘结剂在增强Si负极的粘附性、促进离子传输和保持电极结构完整性方面的潜力,并深入探讨了聚合物的结构与物理化学特性对电池初始库仑效率和循环稳定性等关键电化学性能的影响。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202407297
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(责任编辑:xu)
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