中國儲能網(wǎng)訊：在鋰離子電池的各種負極材料中，具有極高比容量的硅負極存在的一個關(guān)鍵問題是：大幅度的體積變化導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)破裂，產(chǎn)生絕緣界面層。
一個主要的原因在于：對于PAA等常規(guī)鋰電池粘結(jié)劑而言，分子鏈之間的氫鍵相互作用，往往難以適應(yīng)硅顆粒膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。
有鑒于此，韓國高等科技學(xué)院的Ali Coskun和Jang Wook Choi等人報道了一種高彈性粘結(jié)劑，極大地提高了硅負極在充放電過程中的穩(wěn)定性。
圖1. 分子滑輪結(jié)構(gòu)和應(yīng)力釋放機理
研究人員在PAA中加入少量多聚輪烷，形成“分子滑輪”（PR-PAA）。這種“分子滑輪”的結(jié)構(gòu)較為奇特，以線性PAA聚合物框架和環(huán)狀多聚糖共價成鍵，然后由PEG鏈貫穿環(huán)中。
“分子滑輪”中的一部分環(huán)具有較強的膠粘性能，一部分環(huán)具有獨特的自由滑動性能。兩種性能的有機結(jié)合，使粘結(jié)劑彈性得到大幅提高，可承受硅負極的體積膨脹收縮變化，釋放所產(chǎn)生的應(yīng)力，在充放電過程中不至于發(fā)生破裂，穩(wěn)定性得到增強。
圖2. PR-PAA膠粘劑力學(xué)性能
圖3. 電化學(xué)性能
圖4. 硅負極循環(huán)前后的SEM
1. Sunghun Choi, Tae-woo Kwon, Ali Coskun and Jang Wook Choi. Highly elastic binders integrating polyrotaxanes for silicon microparticle anodes in lithium ion batteries. Science 2017, 357, 279-283.
2. Jaegeon Ryu and Soojin Park. Sliding chains keep particles together. Science 2017, 357, 250-251.
