北大新材院潘鋒課題組:鋰離子電池新型導電粘結劑研究取得重要進展

【成果簡介】

近日，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授課題組在鋰離子電池新型導電粘結劑領域取得重要進展，開發了一種新型的鋰離子電池導電粘結劑，該粘結劑可以替代傳統的導電粘結劑體系（PVDF+炭黑），顯著改善高容量硅負極的循環穩定性和倍率性能。相關研究成果近期以題為“Novel conductive binder for high-performance silicon anodes in lithium ion batteries”發表在國際頂級能源期刊Nano Energy上。

【圖文導讀】

圖1 電極體系和導電粘結劑結構

（a）傳統的電極體系；

（b）導電粘結劑構成的新型電極體系；

（c）新型導電粘結劑結構。

圖2 紅外和XPS表征結果

（a）聚合物PF-COONa和Si/PF-COONa電極的紅外光譜，插圖為PF-COONa和Si粒子間的化學鍵的形成示意圖。

（b）Si/PF-COONa電極的XPS圖譜，插圖為純PF-COONa連結劑和Si/PF-COONa電極的XPS圖譜對比。

【研究內容】

硅負極具有很高的理論容量（4200 mAh/g），是商業化石墨負極容量的十倍以上。并且具有儲量豐富，環境友好等優點，被認為是純電動汽車、混合動力汽車用鋰離子電池最具前景的負極材料。然而硅負極由于在充放電過程中存在400%的體積膨脹，所以存在容量衰退快，循環性能差，首效很低等問題。為了解決以上問題，新型粘結劑的設計和開發十分重要。新型導電粘結劑突出的優點是當硅負極在充放電過程中400%體積膨脹導致顆粒破碎時，導電粘結劑能夠把破碎的粘結上保持導電性，從而保持電池的長時間循環穩定性。該導電粘結劑，在420 mA/g的電流密度下循環100次，容量達到2700 mAh/g以上。在更高的電流密度下（4200 mA/g）循環1000次，容量也可保持在999 mAh/g以上。

該工作由潘鋒教授指導，博士后劉棟，14級碩士研究生趙巖和譚瑞共同完成。該工作得到了國家材料基因組、廣東省創新團隊、中國博士后科學基金以及深圳市科技創新委員會的共同支持。

原文鏈接：http://sam.pkusz.edu.cn/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=404&id=2569

文獻鏈接：Novel conductive binder for high-performance silicon anodes in lithium ion batteries(Nano Energy, 2017, DOI:10.1016/j.nanoen.2017.04.043.)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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