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论论资讯 | 2024-06-07 3788热度

Chemical Society Reviews

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Achievements, challenges, and perspectives in the design of polymer binders for advanced lithium-ion batteries

He Qiang; Ning Jiaoyi; Chen Hongming; Jiang Zhixiang; Wang Jianing; Chen Dinghui; Zhao Changbin; Liu Zhenguo; Perepichka Igor F; Meng Hong; Huang Wei

Published:2024-06-07
DOI:10.1039/d4cs00366g

研究背景

随着全球人口的快速增长和能源需求的不断上升,高功率和高能量密度的储能设备变得尤为重要。锂离子电池(LIBs)作为一种有前景的可充电能源存储设备,其发展受到了广泛关注。然而,LIBs的商业化进程中存在许多挑战,特别是在电极材料的高理论容量开发方面。尽管对电极材料的改性和结构设计进行了大量研究,但这些材料通常成本高昂且制造复杂。此外,聚合物粘结剂在维持电极结构完整性和稳定性方面起着关键作用,但其性能的不足限制了LIBs的广泛应用。

研究内容

本研究回顾了近年来在LIBs中作为粘结剂的不同聚合物材料的开发进展,包括基于天然聚合物和合成非导电及电子导电聚合物。研究重点讨论了聚合物的机械性能、粘附性、自愈合能力以及电子和离子导电性对电池容量、容量保持率、速率性能和循环寿命的影响。首先,分析了基于锂离子电池工作原理的粘结剂失效机制,引入了“界面失效”和“降解失效”两种模型。更重要的是,提出了适用于大多数锂离子电池的几个粘结剂参数,并系统地考虑和总结了分子水平上粘结剂化学结构与其性能之间的关系。以硅和硫活性电极材料为例,从分子结构的角度讨论了粘结剂的设计原则。

研究意义

本研究的创新点在于系统地探讨了聚合物粘结剂的化学结构与性能之间的关系,并提出了适用于高能量密度锂离子电池的新型粘结剂设计原则。这些发现不仅有助于理解粘结剂在LIBs中的作用机制,而且为未来高能量密度电池的粘结剂设计提供了指导。通过优化粘结剂的性能,可以显著提高LIBs的性能,推动其在电动汽车和大规模储能系统中的应用。 总之,本研究为分子水平上新型高效粘结剂的设计提供了重要指导,特别是在高能量密度电极材料方面,有望推动锂离子电池技术的进一步发展。

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