北大新材院潘锋课题组:锂离子电池新型导电粘结剂研究取得重要进展

【成果简介】

近日，北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组在锂离子电池新型导电粘结剂领域取得重要进展，开发了一种新型的锂离子电池导电粘结剂，该粘结剂可以替代传统的导电粘结剂体系（PVDF+炭黑），显著改善高容量硅负极的循环稳定性和倍率性能。相关研究成果近期以题为“Novel conductive binder for high-performance silicon anodes in lithium ion batteries”发表在国际顶级能源期刊Nano Energy上。

【图文导读】

图1 电极体系和导电粘结剂结构

（a）传统的电极体系；

（b）导电粘结剂构成的新型电极体系；

（c）新型导电粘结剂结构。

图2 红外和XPS表征结果

（a）聚合物PF-COONa和Si/PF-COONa电极的红外光谱，插图为PF-COONa和Si粒子间的化学键的形成示意图。

（b）Si/PF-COONa电极的XPS图谱，插图为纯PF-COONa连结剂和Si/PF-COONa电极的XPS图谱对比。

【研究内容】

硅负极具有很高的理论容量（4200 mAh/g），是商业化石墨负极容量的十倍以上。并且具有储量丰富，环境友好等优点，被认为是纯电动汽车、混合动力汽车用锂离子电池最具前景的负极材料。然而硅负极由于在充放电过程中存在400%的体积膨胀，所以存在容量衰退快，循环性能差，首效很低等问题。为了解决以上问题，新型粘结剂的设计和开发十分重要。新型导电粘结剂突出的优点是当硅负极在充放电过程中400%体积膨胀导致颗粒破碎时，导电粘结剂能够把破碎的粘结上保持导电性，从而保持电池的长时间循环稳定性。该导电粘结剂，在420 mA/g的电流密度下循环100次，容量达到2700 mAh/g以上。在更高的电流密度下（4200 mA/g）循环1000次，容量也可保持在999 mAh/g以上。

该工作由潘锋教授指导，博士后刘栋，14级硕士研究生赵岩和谭瑞共同完成。该工作得到了国家材料基因组、广东省创新团队、中国博士后科学基金以及深圳市科技创新委员会的共同支持。

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

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

本文由材料人编辑部石小梅编辑，点我加入材料人编辑部。

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