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漢陽(yáng)大學(xué)ACS Energy Lett.：鋰離子導(dǎo)電聚物粘結(jié)劑助力干法工藝復(fù)合正極

全固態(tài)鋰電池(ASSLBs)被認(rèn)為是當(dāng)前鋰離子電池有前途的替代品，因?yàn)樗鼈兊氖褂脦?lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)較小。然而，通過(guò)傳統(tǒng)的漿料（濕法）工藝制造復(fù)合正極存在技術(shù)挑戰(zhàn)，例如硫化物電解質(zhì)對(duì)有機(jī)溶劑的穩(wěn)定性有限，以及由于使用絕緣聚合物粘結(jié)劑而增加了離子電阻。

韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun、Dong-Won Kim等開(kāi)發(fā)了一種使用無(wú)溶劑（干式）工藝制造的復(fù)合正極。

圖1 基于不同粘結(jié)劑的ASSLB的電化學(xué)性能

用于干法工藝的代表性聚合物粘結(jié)劑是聚四氟乙烯(PTFE)，它通常形成纖維狀線性粘合并能夠制造片狀復(fù)合正極，另外PTFE在高電壓下具有電化學(xué)穩(wěn)定性，并且不與正極活性材料反應(yīng)。然而，PTFE傳導(dǎo)鋰離子的能力有限，無(wú)法確?；钚圆牧稀⒐虘B(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電碳之間有足夠的界面粘合力。

在這項(xiàng)工作中，作者采用了一種新型鋰離子導(dǎo)電離聚物粘結(jié)劑-聚（四氟乙烯-共-全氟（3-氧代-4-戊烯磺酸））鋰鹽（稱(chēng)為離聚物），用于ASSLBs復(fù)合正極的無(wú)溶劑干法工藝。與絕緣PTFE不同，離聚物有助于Li⁺的傳輸并由于其在整個(gè)復(fù)合正極中的均勻分布而確保良好的界面接觸。

圖2 基于不同粘結(jié)劑的復(fù)合正極的電化學(xué)特性

因此，實(shí)驗(yàn)顯示，基于離聚物復(fù)合正極的ASSLB在放電容量（180.7 mAh g^-1 vs 176.7 mAh g^-1，0.1 C）、循環(huán)穩(wěn)定性（在0.5 C下經(jīng)過(guò)300次循環(huán)后容量保持率 90% vs 24%）和倍率性能（在2.0 C下，123.4 mAh g^-1 vs 76.2 mAh g^-1）方面均優(yōu)于以PTFE制備的ASSLB。顯然，這項(xiàng)工作所提出的離聚物是一種很有前景的聚合物粘結(jié)劑，以用于無(wú)溶劑制備具有良好循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能的ASSLBs復(fù)合電極。

圖3 不同復(fù)合正極循環(huán)后的形態(tài)變化示意

All-Solid-State Lithium Batteries: Li+-Conducting Ionomer Binder for Dry-Processed Composite Cathodes. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02756

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