清華大學何向明、王莉/中國礦業大學梁傑AFM：功能化粘結劑助推高容量負極材料的發展！

發表時間：2024-05-14 作者：高分子科學前沿來源：高分子科學前沿

儲能電池創新領域的蓬勃發展引發了對高容量負極材料的不懈追求，以滿足對提高能量密度不斷增長的需求。通常，這些電池材料在迴圈過程中會經歷顯著的體積變化，這嚴重考驗了電極配置的結構完整性和壽命。高性能粘結劑已成為應對這一挑戰的關鍵組成部分。儘管粘結劑只占電池成分的一小部分，但它們在提高電池的電化學效率、安全性和成本效益方面發揮著關鍵作用。高容量負極材料的進步使傳統的粘結劑變得不足，促使人們開發出越來越多的功能性粘結劑來滿足這些要求。

近日，清華大學何向明教授、王莉教授、中國礦業大學梁傑教授首先概述了粘結劑在電極中的作用和要求，研究了尖端的表徵方法，並討論了粘結劑選擇的“結構-功能”範式。然後，展示了在確定適用于高容量陽極材料的粘結劑方面的研究進展，包括矽（Si）、磷（P）、錫（Sn）、銻（Sb）和鍺（Ge）。總之，該工作展望了粘結劑在高容量電極材料中的發展和應用的未來方向。其目的是促進高性能、高容量陽極的發展，從而加速高能量密度鋰離子和鈉離子電池的發展。

文章要點：

1. 該文總結了粘結劑在電極中的作用及其在高容量電極中的應用要求，討論了粘結劑在電極中的粘附機理，並希望通過先進的表徵技術揭示粘結劑的作用機理。

2. 作者介紹了矽和磷等高容量電極材料粘結劑的最新研究進展；介紹了通過接枝和/或交聯極性官能團構建的具有三維網路結構的粘結劑，以適應矽電極在迴圈過程中體積的大幅膨脹，並提高其迴圈壽命。通過借鑒矽基高容量電極材料粘結劑的研究成果，可以不斷豐富其他類型高容量電極材料粘結劑的開發。

3. 雖然已經取得了相當大的成就，但仍有一些問題亟待解決，如活性材料的分散、迴圈穩定性和安全性等。只有不斷克服這些挑戰，才能有效利用高容量電極材料。為了今後更好地開發粘結劑，作者認為有以下幾點考慮：1）優化分子結構開發新型粘結劑；2）開發寬溫範圍的功能性粘結劑；3）採用先進的表徵技術；4）建立理論模型和計算；5）開發無粘結劑電極。