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滑轮原理解决锂电池硅负极体积膨胀

日期:2017-07-25    来源:纳米人

国际充换电网

2017
07/25
14:39
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关键词: 锂电池 分子滑轮 硅负极

  在锂离子电池的各种负极材料中,具有极高比容量的硅负极存在的一个关键问题是:大幅度的体积变化导致电极结构破裂,产生绝缘界面层。
 
  一个主要的原因在于:对于PAA等常规锂电池粘结剂而言,分子链之间的氢键相互作用,往往难以适应硅颗粒膨胀产生的应力。
 
  有鉴于此,韩国高等科技学院的Ali Coskun和Jang Wook Choi等人报道了一种高弹性粘结剂,极大地提高了硅负极在充放电过程中的稳定性。
 

 
  图1. 分子滑轮结构和应力释放机理
 
  研究人员在PAA中加入少量多聚轮烷,形成“分子滑轮”(PR-PAA)。这种“分子滑轮”的结构较为奇特,以线性PAA聚合物框架和环状多聚糖共价成键,然后由PEG链贯穿环中。
 
  “分子滑轮”中的一部分环具有较强的胶粘性能,一部分环具有独特的自由滑动性能。两种性能的有机结合,使粘结剂弹性得到大幅提高,可承受硅负极的体积膨胀收缩变化,释放所产生的应力,在充放电过程中不至于发生破裂,稳定性得到增强。
 

 
  图2. PR-PAA胶粘剂力学性能
 

 
  图3. 电化学性能

 
  图4. 硅负极循环前后的SEM
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