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锂电池粘结剂电化学机理模仿与表征方法研究

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锂电池粘结剂电化学机理模仿与表征方法研究

发布日期:2018-05-31 作者:半岛科技 点击:


电动汽车等大规模储能利用的高速发展对锂离子电池的性能提出了更高的请求。高性能电池系统的发展需要对每一个电池组件进行优化,包含电极材料、电解液以及粘结剂。传统锂离子电池的粘结剂系统由绝缘聚合物和导电添加剂的混杂物组成。在制备电池电极时,导电相和活性材料随机散布,通常会导致较差的电子和离子传输能力。当应用高容量电极材料时,电化学反响产生的高应力会损坏传统粘结剂系统的机械完整性,导致电池的循环寿命降落。因此,设计能够供给稳固、低阻、持续的内部通路以连接电极的所有区域的新型粘结剂系统至关重要。

近日,应邀于美国化学会(ACS)的著名期刊Accounts of Chemical Research, 德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华教授(通信作者)和石烨博士,周星怡博士生基于近期发表的关于新型锂离子电池粘结剂系统的合成、利用以及机理研究方面的工作,系统总结了高性能粘结剂系统材料与结构设计的新进展,分析了研究粘结剂电化学机理的模仿与表征方法,最后展望了未来多功效电池粘结剂的发展(图1)。


图1 新型锂离子电池粘结剂的材料与结构设计以及机理研究

首先介绍了具有丰富羧基的绝缘聚合物在电池粘结剂中的利用。它们能与活性材料产生较强的联合力,使电极材料在电化学反响中保持结构稳固,从而达到高容量以及优良的循环性能(图2a)。然而,基于绝缘聚合物的粘结剂系统仍然需要导电添加剂的应用,阻碍了电池能量密度的进一步提升。与此不同,基于导电聚合物的多功效粘结剂能同时起到粘合以及导电作用,从而得到了广泛的研究。

在一系列研究中,研究人员通过在主链上引入不同功效基团对导电聚合物进行分子结构的调控,在不影响电学特征的前提下,提升了粘结剂的机械以及溶胀性能(图2b)。余桂华课题组则通过对导电聚合物微结构的调控,发展了具有三维网络结构的导电高分子凝胶,并将其利用于电池粘结剂中(图2c)。这种导电高分子凝胶的结构与性质高度可调,其三维结构不仅可以增进电子和离子在电极中的传输,还能提升电极的稳固性,并改良活性颗粒的均匀散布。


本文网址:http://www.bbcwr.com/news/368.html

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