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侴術(shù)雷/王保峰Small: 通過粘結(jié)劑的分子設(shè)計增強(qiáng)硅負(fù)極電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素

由于理論容量高，硅被認(rèn)為是鋰離子電池最有前途的負(fù)極候選材料。然而巨大的體積變化和低電導(dǎo)率限制了其應(yīng)用。在硅負(fù)極系統(tǒng)中，粘結(jié)劑對于機(jī)械和導(dǎo)電完整性至關(guān)重要。很少有綜述從影響性能的因素和改性方法的角度來全面介紹粘結(jié)劑，這對粘結(jié)劑的發(fā)展至關(guān)重要。

在此，侴術(shù)雷教授及上海電力大學(xué)王保峰教授等人對影響粘結(jié)劑性能的主要因素以及相應(yīng)的改性策略進(jìn)行了全面的討論，這些因素從分子水平進(jìn)行分類包括分子量、界面結(jié)合和分子結(jié)構(gòu)。

通過調(diào)整這些因素不僅可以提高粘結(jié)劑的粘結(jié)性和機(jī)械性能，還包括自愈能力或?qū)щ娦缘?。改性方法是調(diào)整影響粘合劑性能因素的重要組成部分，根據(jù)合成工藝可分為接枝改性、嵌段共聚、交聯(lián)聚合、聚合物交聯(lián)和分子設(shè)計（化合物改性）。最后作者針對目前粘結(jié)劑發(fā)展中存在的問題和挑戰(zhàn)提出了可能的發(fā)展方向。

圖1. 影響粘結(jié)劑性能的主要因素及相應(yīng)的改性策略

作者指出，粘結(jié)劑的發(fā)展方向主要趨于綜合化和商品化。前者主要通過分子設(shè)計獲得具有特殊分子結(jié)構(gòu)或多功能的粘結(jié)劑，以更全面地解決硅負(fù)極體積膨脹帶來的各種問題，目前研究較多的是部分功能化的粘結(jié)劑和具有雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的粘結(jié)劑。

后者主要是通過選擇廉價的原料和簡單的合成工藝來實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，理想的粘結(jié)劑合成方法仍然是解決硅負(fù)極膨脹問題和實(shí)現(xiàn)硅負(fù)極商業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。

圖2. 粘結(jié)劑的改性方法及具體合成工藝

Key Factors for Binders to Enhance the Electrochemical Performance of Silicon Anodes through Molecular Design, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202101680

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