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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

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》。

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

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。

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