硅具有較高的理論比容量（Li22Si5對應(yīng)4200 mAh g-1）和較低的嵌鋰電位（0.4 V v.s. Li/Li+），被認(rèn)為有望取代石墨而成為下一代高能量密度的鋰離子電池負(fù)極材料。但是，硅負(fù)極在鋰化過程中較大的體積變化（體積膨脹率> 300%）導(dǎo)致電極在循環(huán)過程中極易出現(xiàn)碎裂、粉化甚至從集流體脫落的現(xiàn)象。通過功能型粘結(jié)劑的設(shè)計(jì)制備是解決這一問題的有效方法，目前的研究成果證明基于具有分子滑輪作用的粘結(jié)劑能夠增加硅基負(fù)極對于充放電過程中體積變化的適應(yīng)能力，有效改善硅基負(fù)極的性能，但是具有較高離子電導(dǎo)率的導(dǎo)離子型粘結(jié)劑目前鮮有報道。
南京大學(xué)張秋紅副教授、賈敘東教授課題組在分子滑輪材料（Advanced Functional Materials, 2020, 30, 1907139; ACS Materials Letters, 2022, 4, 944-952; Small, 2022, 2200533）和能源聚合物（Advanced Energy Materials, 2021, 2003239；ACS Appl. Polym. Mater., 2021, 3, 6, 3254-3263；Journal of Power Sources, 2022, 537, 231478）領(lǐng)域開展相關(guān)研究工作。近日，該課題組結(jié)合團(tuán)隊(duì)工作特色在單離子型聚合物體系中引入聚輪烷作為滑動交聯(lián)點(diǎn)，制備了一種具有分子滑輪動態(tài)作用的磺酰亞胺鋰型聚合物粘結(jié)劑（SSIP）。SSIP中P-TFMSI-Li鏈段具有較強(qiáng)的導(dǎo)離子能力，顯著降低了電池內(nèi)部阻抗，有助于硅負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI，顯著提高電極ICE。SSIP中可逆的分子滑輪作用能夠使硅負(fù)極較好地適應(yīng)體積變化，維持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。基于這類粘結(jié)劑優(yōu)異的導(dǎo)離子能力和動態(tài)交聯(lián)特性，硅負(fù)極能夠在長時間的循環(huán)后依然保持較高的比容量。相關(guān)研究成果以“Slidable and Highly Ionic Conductive Polymer Binder for High Performance Si Anodes in Lithium-Ion Batteries”為題發(fā)表在Advanced Science上。該課題組蔡一楓博士和碩士生劉彩霞為該論文的共同第一作者，張秋紅副教授和賈敘東教授為該論文的通訊作者。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金委和中央高校科研業(yè)務(wù)費(fèi)的支持。感謝配位化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和高性能高分子材料與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
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https://doi.org/10.1002/advs.202205590
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