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為了滿足對高能量密度鋰離子電池不斷增長的需求，人們致力于開發能夠滿足高容量/高電壓要求的正極材料。然而，正極粘結劑的發展相對緩慢限制了實用高能鋰離子電池的開發。

在此，韓國延世大學Sang-Young Lee、高麗大學Joona Bang及蔚山科學技術院Ju-Myung Kim等人設計了一種新型的基于兩親性瓶刷聚合物（BBPs）的正極粘結劑材料，由連接到聚合物主鏈的密集接枝側鏈組成。

具體而言，作者使用聚丙烯酸（PAA）作為側鏈，通過開環復分解聚合合成BBP。由于PAA側鏈的親水性和聚降冰片烯 (PNB) 主鏈的疏水性，BBP具有本征兩親性。PNB主鏈可以與基于非水溶劑的商用正極制造工藝兼容，而PAA側鏈在正極活性層和金屬集流體之間提供了強大的附著力。

圖1. BBP/PVDF粘結劑的結構/電化學表征對比

作者選擇了NCM811正極材料作為概念證明，受益于平衡的兩親性和基于瓶刷的結構獨特性，BBP粘結劑增強了：i) 在正極板的厚度方向上形成高度發達的電子/離子傳導通路；ii) NCM811層和集流體之間的粘附性，即使在正極片處于電解液浸泡狀態下；iii) 螯合從NCM811溶解的過渡金屬離子，從而防止 NCM811的相變。

因此，采用極低含量（1 wt%）的BBP粘結劑獲得了具有穩定循環性能的高質量負載（27 mg cm^-2，相當于5.2 mAh cm^-2）NCM811正極。這項研究為設計先進的正極粘結劑開辟了新的途徑，有望同步高能量密度電池正極活性材料的發展。

圖2. 由BBP粘結劑實現的高質量負載NCM811正極

Amphiphilic Bottlebrush Polymeric Binders for High-Mass-Loading Cathodes in Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102109

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AEM: 兩親性瓶刷聚合物粘結劑實現穩定循環的27 mg cm-2高正極負載！

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