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PAMAM樹枝狀聚合物誘導(dǎo)的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)粘合劑賦予電池優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性

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PAMAM樹枝狀聚合物誘導(dǎo)的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)粘合劑賦予電池優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性    |    2023-04-27  |   
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鋰離子電池因其高比容量、低自放電和無(wú)記憶效應(yīng)而受到廣泛關(guān)注。對(duì)于商用電池,充放電性能主要由陰極的理論容量、電子導(dǎo)電性、離子導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性決定。聚合物粘結(jié)劑作為陰極組分是絕緣的,但可以通過(guò)其內(nèi)聚提供連續(xù)的傳輸網(wǎng)絡(luò),從而對(duì)陰極的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起決定作用。聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物是一種常用的陰極粘合劑,與其他線性聚合物相比,具有優(yōu)越的電池性能。

電極內(nèi)部的電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率對(duì)鋰離子電池的性能起著決定性的作用。然而,傳統(tǒng)的連接活性材料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的聚合物粘結(jié)劑,如PVDF在電解液浸泡后往往會(huì)失去原有的結(jié)構(gòu)和功能,這會(huì)使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)崩潰,從而影響鋰離子電池的充放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

為此,本文設(shè)計(jì)了聚酰胺胺(PAMAM)誘導(dǎo)的三維交聯(lián)聚合物,并將其作為鋰離子電池陰極的粘結(jié)劑。與傳統(tǒng)的線性聚偏氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑相比,3D粘結(jié)劑表現(xiàn)出更好的粘結(jié)能力和電解質(zhì)親和力,使電極材料之間的接觸更加緊密,從而為L(zhǎng)iFePO4陰極帶來(lái)了優(yōu)異的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率。由于PAMAM中豐富的胺基和空腔,使其具有良好的電解質(zhì)親和力,從而降低了電池的界面阻抗。因此,實(shí)現(xiàn)了更小的極化和更好的c-倍率能力(140 mAh g-1 / 2C放電)。

此外,粘合劑中構(gòu)建的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)更強(qiáng)的自身強(qiáng)度和與襯底的附著力(平均7.69 N),為電極提供了光滑穩(wěn)定的表面形態(tài),最終提高了循環(huán)性能(250次循環(huán)后保持98%)。顯然,這種三維交聯(lián)聚合物為下一代新一代粘合劑的設(shè)計(jì)提供新的思路和解決方案,將為大功率鋰離子電池的開發(fā)帶來(lái)新的突破。

圖. 三維粘結(jié)劑制備LiFePO4陰極原理圖

文獻(xiàn)來(lái)源:Yuqin Hu, Cheng Wang, Guobin Zhu, Jing Xu, Luoxin Wang, Hua Wang, Chunzu Cheng. J. Electrochem. Soc. 2023, 170, 030547.

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