滑輪原理解決了鋰電池硅負極體積膨脹問題
知識
07-21
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鍵問題是：大幅度的體積變化導致電極結構破裂，產生絕緣界面層。
一個主要的原因在於：對於PAA等常規鋰電池粘結劑而言，分子鏈之間的氫鍵相互作用，往往難以適應硅顆粒膨脹產生的應力。
有鑒於此，韓國高等科技學院的Ali Coskun和Jang Wook Choi等人報道了一種高彈性粘結劑，極大地提高了硅負極在充放電過程中的穩定性。
圖1. 分子滑輪結構和應力釋放機理
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」的結構較為奇特，以線性PAA聚合物框架和環狀多聚糖共價成鍵，然後由PEG鏈貫穿環中。
「分子滑輪」中的一部分環具有較強的膠粘性能，一部分環具有獨特的自由滑動性能。兩種性能的有機結合，使粘結劑彈性得到大幅提高，可承受硅負極的體積膨脹收縮變化，釋放所產生的應力，在充放電過程中不至於發生破裂，穩定性得到增強。
圖2. PR-PAA膠粘劑力學性能
圖3. 電化學性能
圖4. 硅負極循環前後的SEM
