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?支春義團(tuán)隊(duì)AM：蛛絲啟發(fā)的高耐用柔性鋰離子電池粘結(jié)劑設(shè)計(jì)

柔性鋰離子電池（LIBs）的開發(fā)對(duì)能量密度和高機(jī)械耐久性同時(shí)提出了要求。由于電極的變形能力有限，并且金屬集流體的表面平整光滑，電極材料與集流體之間穩(wěn)定可靠的接觸仍然極具挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)高負(fù)載的電極和嚴(yán)重變形的電池。粘結(jié)劑在結(jié)合電極材料顆粒并將其粘附到集流體上方面起著至關(guān)重要的作用。

圖1 蛛絲粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)及粘結(jié)劑在電極中的變形機(jī)理

香港城市大學(xué)支春義等受蛛絲蛋白的啟發(fā)，通過(guò)在聚丙烯酸中加入交聯(lián)超分子聚（尿烷-脲），開發(fā)了一種用于柔性LIBs的粘結(jié)劑。

研究顯示，所開發(fā)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵設(shè)計(jì)使三維聚合物網(wǎng)絡(luò)具有高度可拉伸性和彈性，以及出色的粘附性，可在電極中保持牢固的結(jié)合，從而在發(fā)生劇烈機(jī)械變形和電化學(xué)（脫）鋰化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定的循環(huán)性能。

圖2 ASP粘結(jié)劑的機(jī)械性能

得益于上述優(yōu)勢(shì)，采用ASP粘結(jié)劑制備的柔性電池具有420 Wh L^-1的高真實(shí)能量密度和前所未有的機(jī)械穩(wěn)定性。電池在經(jīng)歷了各種劇烈的動(dòng)態(tài)變形后，仍表現(xiàn)出良好的電極形態(tài)、穩(wěn)定的功率輸出和循環(huán)性能。

總體而言，所設(shè)計(jì)的ASP粘結(jié)劑具有出色的粘附性、機(jī)械耐久性和電化學(xué)性能，前景十分廣闊，為高負(fù)載和柔性設(shè)計(jì)電池的應(yīng)用開辟了新的前景。

圖3 基于不同粘結(jié)劑的柔性電池在不同變形下的電化學(xué)性能

Spider Silk-Inspired Binder Design for Flexible Lithium-Ion Battery with High Durability. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202303165

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