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为了攻破锂离子电池在电池续航技能上的瓶颈，很多科研团队正在踊跃探求也许替换保守石墨电极具备高能量密度的新式负极材料。硅做为一种也许与锂离子孕育合金的半导体材料，当其与锂离子孕育化学式为Li4.4Si的合金时，其原料能量密度高达mAh/g，为石墨电极（mAh/g）的快要10倍。此外，硅元素有着庞大的地壳保存量和老练的加工工艺。是以，以硅为负极材料的锂离子电池也被觉得是特别有潜力的新一代锂离子电池。但是，硅负极在充放电经过中会体验高达%的体积改变，而由此致使的一系列恶果，譬如电极材料的毁坏和零落，不稳固的电极/电解液界面等等都极地面影响了电池的稳固性。何如也许缓和硅电极在电池做事经过中由于猛烈的体积改变所致使的一系列伤害电池做事效率的题目曾经成为硅电极贸易化道路上的一起坎。图1.(a)支链PAA的组织式。(b)支链PAA的安排观念图示美国阿贡国度实习室的张鲁博士团队，从围拢物粘合剂这一电极材料的要紧构成部份动身，在保守硅电极粘合剂聚丙烯酸(poly(acrylicacid),PAA)的根底上，通度日性围拢的办法合成了由聚环氧乙烷做为交联剂的支链聚丙烯酸(branchedPAA)。与保守的线性PAA比拟，这类支链PAA在保存了对硅电极材料很好的粘配合用的前提下，其可控的交连合构升高了PAA的呆板功用，使其也许更为灵验地在充放电经过中维持电极材料的完全性。此外，定量聚环氧乙烷的介入也升高了粘合剂的锂离子导电率。这一树立在保守PAA粘合剂根底上的复合型粘合剂材料灵验而且经济地升高了石墨/硅复合电极在锂离子电池中的稳固性。在锂金属/复合电极钮扣电池的测试中，比拟于线性PAA，基于支链PAA的复合电极在初始电池容量上升高了11%。同时，在圈充放电测试中，基于支链PAA的复合电极在稳固性上比起线性PAA复合电极升高了69%。此外，在以镍钴锰酸锂(NMC)为正极材料的锂离子电池中，基于支链PAA的复合电极也比线性PAA有着更为稳固的展现。图2.石墨/硅复合电极在半电池（以锂金属为负极）和全电池（以）中的电化学功用展现。联合支链PAA和线性PAA在物理化学功用以及电化学展现上的差别，张鲁团队偏重钻研了围拢物粘合剂的组织构成关于其在硅电极电化学展现上的影响。这类影响也许分为两个部份，首先，从电极做事这一方面来讲，支链PAA保存了PAA支链上的羧酸基团(-COOH)，使其也许与硅材料表面自然孕育的硅氢氧根(Si-OH)反响，孕育粘配合用，使得硅电极材料也许更好地绑定在导电通道上。在此根底上引入的聚环氧乙烷又进一步升高了全部电极的锂离子导电率，进而消沉了电极/电解液界面的阻抗。而且，这类环氧乙烷为交联剂孕育的支链组织在巩固了PAA的呆板功用的同时也升高了其伸缩性，更好的缓和了在充放电经过中硅电极猛烈的体积改变以及由此带来的一系列不良恶果譬如毁坏界面稳固性以及离子电子通道等等。另一方面，比拟线性PAA，支链PAA具备更高的粘度以及更显著的剪切递减性质，使其在制做电极的经过中也更有上风。这一钻研结果说明，复合型粘合剂在缓和硅电极材料在充放电所孕育的一系列不良恶果具备显著的功效，而支链PAA的安排也为往后其余复合型粘合剂的安排和合成供应了思绪和方位。图3.石墨/硅电极在半电池测试先后状态改变的扫描电镜图。该科研结果已于指日颁发于AdvancedFunctionalMaterials上(

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