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雖然硅被認(rèn)為是下一代高能鋰離子電池（LIBs）最有前景的負(fù)極材料之一，但硅負(fù)極的工業(yè)化卻因負(fù)極在充放電過(guò)程中體積變化大而受到阻礙。與LIB中使用的傳統(tǒng)石墨負(fù)極相比，硅負(fù)極對(duì)粘結(jié)劑提出了更嚴(yán)格的要求，它必須在頻繁的大體積變化中保持電極部件之間的緊密接觸以及離子和電子傳輸通道的完整性。

加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士、廈門大學(xué)李君濤等總結(jié)了粘結(jié)劑材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)功能、物理和機(jī)械性能，以及所涉及的研究策略，涵蓋粘結(jié)劑設(shè)計(jì)策略的最新進(jìn)展，并討論了用于硅負(fù)極商業(yè)化的創(chuàng)新聚合物粘結(jié)劑設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)，以及未來(lái)的發(fā)展方向和應(yīng)用前景。

圖1. 有關(guān)Si負(fù)極粘結(jié)劑的最新出版物

具體來(lái)說(shuō)，首先介紹了含有極性官能團(tuán)的線性粘結(jié)劑的改性和再設(shè)計(jì)，其中分子工程（共聚、交聯(lián)和接枝）被用來(lái)構(gòu)建更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和賦予功能。然后，針對(duì)導(dǎo)電聚合物的機(jī)械強(qiáng)度和界面兼容性差的問(wèn)題，討論了通過(guò)引入極性官能團(tuán)和線性聚合物的優(yōu)化策略。第三，總結(jié)和分析了利用分子工程合理設(shè)計(jì)多功能超聚物粘結(jié)劑的新方法和新概念。

此外，這篇綜述還介紹了通過(guò)調(diào)整軟、硬組分的比例來(lái)提高組合粘結(jié)劑柔韌性的方法。最后，總結(jié)和討論了各種粘結(jié)劑設(shè)計(jì)策略在半電池和全電池中的應(yīng)用。

圖2. 粘結(jié)劑的功能性概述

盡管該文提到的粘結(jié)劑在提高硅負(fù)極電池循環(huán)穩(wěn)定性方面取得了很大的進(jìn)展，但這些電池要想在商業(yè)上得到應(yīng)用，仍然存在各種挑戰(zhàn)。因此，作者提出了粘結(jié)劑的一些挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向：

（1）粘結(jié)劑研究體系的量化；

（2）開(kāi)發(fā)具有良好柔韌性的新型導(dǎo)電粘結(jié)劑，以擴(kuò)大使用范圍；

（3）對(duì)粘結(jié)劑體系的進(jìn)一步基礎(chǔ)研究。

（4）為進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行放大和優(yōu)化。

圖3. 適用于石墨-硅全電池的粘結(jié)劑

Design Criteria for Silicon-Based Anode Binders in Half and Full Cells. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200850

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