利用先进的粘合剂释放锂离子电池的潜力

发布时间：2024-03-07 14:29:41 栏目：精选百科

导读 锂离子电池广泛用于各种应用，但需要改进粘合剂来提高其性能，以满足不断变化的需求。这是因为氧化硅(SiO)作为一种具有高容量和低成本的有...

锂离子电池广泛用于各种应用，但需要改进粘合剂来提高其性能，以满足不断变化的需求。这是因为氧化硅(SiO)作为一种具有高容量和低成本的有前景的负极材料，面临着一些挑战。这些问题包括导电性差，导致充电速率变慢，以及充电过程中的显着膨胀。因此，有效的粘合剂对于解决这些问题并确保锂离子电池系统的性能增强和耐久性延长至关重要。



在 2024 年 2 月 8 日《ACS 应用能源材料》杂志上发表的一项最新研究中，日本先进科学技术研究所 (JAIST) 的 Noriyoshi Matsumi 教授与博士生 Noriyuki Takamori、前高级讲师 Rajashekar Badam、Tejkiran 博士Pindi Jayakumar(前学生)和 Maruzen Petrochemical Company Ltd. 的研究人员利用聚(乙烯基膦酸)(PVPA)作为微 SiO 电极的粘合剂，与传统电池相比，实现了卓越的性能。

Matsumi 教授表示：“事实证明，PVPA 粘合剂对于延长高性能锂离子二次电池的使用寿命非常有用。” 特别是在电动汽车的应用中，人们对实现锂离子二次电池的长寿命有着浓厚的兴趣。PVPA 的使用将为市售粘合剂提供改进的替代品，例如聚丙烯酸 (PAA) 和聚偏二氟乙烯 (PVDF) 等。”

该研究涉及制造含有 PVPA、PAA 和 PVDF 作为粘合剂的电极，并通过电化学实验和密度泛函理论评估其性能。与传统 PAA (2.03 N/m) 相比，PVPA 对铜支撑体的附着力 (3.44 N/m) 明显增强，从而显着提高了锂离子电池的耐用性。

在 200 次循环后，基于 PVPA 的电池的放电容量几乎是基于 PAA 的电池的两倍，基于 PVPA 的半电池在相同的循环次数后达到了 1300 mAhg -1 SiO。即使在 200 个充放电循环之后，在扫描电子显微镜中也没有观察到集流体的剥落，这与 PVDF 或 PAA 粘合剂不同。此外，PVPA 更强的附着力有助于稳定 SiO 基阳极，即使在体积显着膨胀的情况下也能防止其剥落。

此外，Maruzen Petrochemical Company Ltd. 的研究人员也参与了这项研究，该公司已经建立了 PVPA 的工业生产工艺。JAIST 和 Maruzen Petrochemical Company Ltd. 之间的持续合作，加上该公司额外的电池生产专业知识，可能会进一步加速实际应用的进程。该技术已由 JAIST 和 Maruzen Petrochemical Company Ltd 联合申请了国内(日本)和国际专利。

“像这样的工业上可行的高性能粘合剂将有助于高度耐用和高能量密度电池技术的开发。这将导致电动汽车在全球范围内得到更广泛的采用，而无需担心性能在较长时间内下降。未来这些材料还可以应用于火车、轮船、飞机等各种电动车辆。”松美教授设想道。

总之，科学家们开发了一种使用聚(乙烯基膦酸)的功能粘合剂，用于锂离子电池中的 SiO 基阳极。与传统选项相比，这种低成本粘合剂提高了性能，代表了电动汽车及其他领域基于微二氧化硅的应用的新颖进步!