第一作者：Shaowen Dong

通訊作者：何向明、王莉、梁杰

通訊單位：清華大學(xué)，中國礦業(yè)大學(xué)

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本論文綜述了功能性粘結(jié)劑在提升高容量負(fù)極材料性能方面的作用。隨著能源存儲電池技術(shù)的快速發(fā)展，對高容量負(fù)極材料的需求日益增長。然而，這些材料在充放電過程中會經(jīng)歷顯著的體積變化，這對電極結(jié)構(gòu)的完整性和壽命構(gòu)成了挑戰(zhàn)。高性能粘結(jié)劑在此過程中起到了關(guān)鍵作用，盡管它們在電池組成中所占比例較小，但對于提高電池的電化學(xué)效率、安全性和成本效益至關(guān)重要。

文章首先概述了電極中粘結(jié)劑的作用和要求，研究了尖端的表征方法，并討論了支撐粘結(jié)劑選擇的“結(jié)構(gòu)-功能”范式。然后，展示了在為高容量負(fù)極材料（如硅（Si）、磷（P）、錫（Sn）、銻（Sb）和鍺（Ge））尋找合適粘結(jié)劑方面的研究進(jìn)展。

最后，文章思考了粘結(jié)劑在未來高容量電極材料發(fā)展和應(yīng)用中的未來方向，旨在促進(jìn)高性能、高容量負(fù)極的發(fā)展，從而加速高能量密度鋰離子和鈉離子電池的開發(fā)。

圖文導(dǎo)讀

圖 1：鋰離子和鈉離子電池中高容量負(fù)極材料的理論比容量的示意圖。

圖 2：高容量電極材料的問題以及當(dāng)前粘結(jié)劑（PVDF 和 CMC+SBR）系統(tǒng)無法滿足其需求的情況。

圖 3：電極中粘結(jié)劑的特性。

圖 4：不同狀態(tài)下的 SA 和 CMC 電極的 P K邊X射線吸收光譜，用于研究放電-充電過程中的變化。

圖 5：使用 SBR/CMC 和 DPA 粘結(jié)劑的 SiMP 電極在循環(huán)過程中的原位光學(xué)顯微鏡圖像，以及不同粘結(jié)劑的 Li⁺ 擴(kuò)散系數(shù)比較。

圖 6：TUPN 粘結(jié)劑的合成示意圖，以及硅負(fù)極使用 TUPN 粘結(jié)劑和銅集流體之間的相互作用。

總結(jié)展望

面對不斷增長的能源存儲應(yīng)用需求，開發(fā)高容量電極材料是必然趨勢。高容量電極材料的共同挑戰(zhàn)包括在循環(huán)過程中的顯著體積變化和較差的機(jī)械性能。傳統(tǒng)的粘結(jié)劑似乎無法滿足高容量電極材料的需求。

為了解決這些問題，開發(fā)新的粘結(jié)劑是一個有效的策略，也是未來能源存儲電池需要面對的重大挑戰(zhàn)。盡管粘結(jié)劑在電極組成中只占很小一部分，但它們在電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能中起著至關(guān)重要的作用。

本文總結(jié)了粘結(jié)劑在電極中的作用和高容量電極中應(yīng)用的要求，討論了電極中粘結(jié)劑的粘附機(jī)制，并希望通過先進(jìn)的表征技術(shù)揭示粘結(jié)劑的作用機(jī)制。未來的研究方向包括優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)和開發(fā)新的粘結(jié)劑，開發(fā)寬溫度范圍功能性粘結(jié)劑，利用先進(jìn)的表征技術(shù)，建立理論模型和科學(xué)計算，以及開發(fā)無粘結(jié)劑電極。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Functionalized Binders Boost High-Capacity Anode Materials

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202404192