清华大学何向明、王莉/中国矿业大学梁杰AFM：功能化粘结剂助推高容量负极材料的发展！

储能电池创新领域的蓬勃发展引发了对高容量负极材料的不懈追求，以满足对提高能量密度不断增长的需求。通常，这些电池材料在循环过程中会经历显著的体积变化，这严重考验了电极配置的结构完整性和寿命。高性能粘结剂已成为应对这一挑战的关键组成部分。尽管粘结剂只占电池成分的一小部分，但它们在提高电池的电化学效率、安全性和成本效益方面发挥着关键作用。高容量负极材料的进步使传统的粘结剂变得不足，促使人们开发出越来越多的功能性粘结剂来满足这些要求。

近日，清华大学何向明教授、王莉教授、中国矿业大学梁杰教授首先概述了粘结剂在电极中的作用和要求，研究了尖端的表征方法，并讨论了粘结剂选择的“结构-功能”范式。然后，展示了在确定适用于高容量阳极材料的粘结剂方面的研究进展，包括硅（Si）、磷（P）、锡（Sn）、锑（Sb）和锗（Ge）。总之，该工作展望了粘结剂在高容量电极材料中的发展和应用的未来方向。其目的是促进高性能、高容量阳极的发展，从而加速高能量密度锂离子和钠离子电池的发展。

文章要点：

1. 该文总结了粘结剂在电极中的作用及其在高容量电极中的应用要求，讨论了粘结剂在电极中的粘附机理，并希望通过先进的表征技术揭示粘结剂的作用机理。

2. 作者介绍了硅和磷等高容量电极材料粘结剂的最新研究进展；介绍了通过接枝和/或交联极性官能团构建的具有三维网络结构的粘结剂，以适应硅电极在循环过程中体积的大幅膨胀，并提高其循环寿命。通过借鉴硅基高容量电极材料粘结剂的研究成果，可以不断丰富其他类型高容量电极材料粘结剂的开发。

3. 虽然已经取得了相当大的成就，但仍有一些问题亟待解决，如活性材料的分散、循环稳定性和安全性等。只有不断克服这些挑战，才能有效利用高容量电极材料。为了今后更好地开发粘结剂，作者认为有以下几点考虑：1）优化分子结构开发新型粘结剂；2）开发宽温范围的功能性粘结剂；3）采用先进的表征技术；4）建立理论模型和计算；5）开发无粘结剂电极。

图1 高容量电极材料的问题以及当前粘结剂（PVDF和CMC+SBR）系统无法满足其需求

图2 电极中粘结剂的特性

图3 适用于硅基负极的粘结剂研究

图4 自修复粘结剂

图5 对未来研究的高容量粘结剂的展望

原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202404192

来源：高分子科学前沿

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