鋰離子電池硅陽極用含銀納米線的多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物粘接劑

鋰離子電池硅陽極用含銀納米線的多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物粘接劑硅（Si），因其提供了比傳統(tǒng)石墨（372

mAhg?1)更高的理論比容量（4200

mAhg?1），作為下一代陽極材料進(jìn)行相關(guān)研究

。然而，在鋰化和脫鋰過程中，硅的體積變化（>300%）會引發(fā)硅的內(nèi)部裂紋和粉化，從而導(dǎo)致硅基陽極的容量急劇下降。為了解決這一障礙，人們研究了納米工程的各種概念，如納米線、納米片和多孔緩沖層。然而，納米工程材料的加工復(fù)雜性阻礙了硅陽極的商業(yè)化。聚合物粘接劑能夠連接其它電極材料并保持剛性電極結(jié)構(gòu)，對LIB的循環(huán)性能和倍率性能具有整體的影響。目前已經(jīng)研究的水溶性聚合物粘接劑，包括羧甲基纖維素（CMC）、海藻酸鹽和聚丙烯酸（PAA）。而傳統(tǒng)使用的聚偏氟乙烯（PVDF）粘接劑顯示出弱范德華相互作用，對集流體和其它電極材料的粘附力不足。盡管這些粘接劑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)并改善了長循環(huán)性能，但由于Si體積變化較大導(dǎo)致的電接觸損耗，仍然會產(chǎn)生死硅。來源：韓國首爾國立大學(xué)金屬納米線，例如銅納米線（CuNW）和銀納米線（AgNWs）由于其高縱橫比，在小質(zhì)量負(fù)載和高孔隙率下表現(xiàn)出顯著的導(dǎo)電性(～1000)。據(jù)報道，在LIB中使用了CuNW后，為Si和Li金屬陽極提供了3D多孔結(jié)構(gòu)，成功地適應(yīng)了體積膨脹并獲得了更高的比容量。Wei等人則報告了使用三嵌段共聚物粘接劑引入硅陽極的2DAgNW層，表明在大電流操作下具有更好的比容量。在此，來自韓國首爾國立大學(xué)Yung-EunSung課題組報告了PEDOT:PSS/聚乙烯醇（PVA）與聚乙二醇（PEG）/聚環(huán)氧乙烷（PEO）（5-P粘接劑）交織，通過改變鏈長構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)電和離子導(dǎo)電粘接劑對硅陽極具有更好的拉伸性。具有相同單體單元但不同鏈長的PEG/PEO可顯著提高PEDOT:PSS/PVA的電導(dǎo)率(～10000倍），并且它們也可以通過醚基團(tuán)提高離子電導(dǎo)率。PSS和PEG/PEO之間密集分布的氫鍵和交聯(lián)有助于保持剛性電極結(jié)構(gòu)。此外，能夠提供快速3D電子傳輸?shù)腁gNW網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了足夠的空隙空間來緩沖Si的體積變化，并增強(qiáng)與集流體的粘附。通過這些改進(jìn)，Si/5-P/AgNW電極可以在保持電子路徑的同時可逆地適應(yīng)和承受體積變化，從而實(shí)現(xiàn)更高的比容量，在0.8Ag-1時經(jīng)過100次循環(huán)后為1066

mAhg?1，倍率性能也獲得提高。