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来源:电池技术top+
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LIBs电极生产工艺通常包括四个步骤:将各种材料(包括电极活性材料)混合在溶剂中以制成电池浆料,将浆料涂在集流体上,干燥和辊压。一般认为,LIBs电极包含三部分:作为离子和电子来源的活性物质颗粒(AM),用于离子传导的被电解质填充的孔隙空间和提供导电性的碳-粘结剂域(carbon-binder domain,CBD)。
Srivastava等通过颗粒动力学和胶体动力学模拟阐明了AM-CBD粘附力和CBD内聚力对电极微观结构和电化学传输相关关键性质(如离子传输迂曲度、电子电导率和可用的 AM-电解质界面面积)的影响,如图2所示。
聚偏氟乙烯(PVDF)是最早使用的粘结剂之一,具有高的机械强度及宽的电化学稳定窗口,被广泛用于包括LIBs在内的多种体系电池电极的粘结剂。在锂离子电池工业的规模化生产中,常用强极性有机化合物,如 NMP、DMF等做溶剂,将PVDF制备成油溶性溶液后,再用作锂电池粘结剂。
此外,CMC 还被用作提高LIBs(如Si和Sn合金)负极循环稳定性的添加剂,这些负极在电池循环过程中显示出较大的体积变化,循环性能改善的机制被认为是:(1)Si和碳质导电添加剂颗粒之间通过CMC链桥接;(2)CMC在Si颗粒表面形成了稳定的共价键(图4)或可自修复的氢键。
聚丙烯酸(PAA)是由丙烯酸单体聚合而成的水溶性高分子聚合物,由于其结构上存在大量的羧酸基团(图5),可以与活性物质以及铝箔形成强相互作用,因而具有较好的粘结性能,是LIBs电极潜在的高性能粘结剂,并且在LIBs循环过程中,PAA可以帮助形成稳定的CEI,提高LIBs的循环稳定性。
Su等首次将PAALi用作Li3V2(PO4)3(LVP)的粘结剂,并探究了PAALi中Li+传输行为及其对LIBs电化学性能的影响。结果表明,新型PAALi粘结剂在有机电解质中表现出优异的稳定性,并与所有的电极组分均具有良好的粘附性,从而在电极中形成连续的导电网络。使用新型PAALi粘结剂的LVP电池在10C下经过1400次循环后的容量保持率为91%。他们通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和 X 射线光电子能谱(XPS)等测试分析表明,PAALi粘结剂可以通过-COOH和-COOLi之间的H+/Li+可逆交换反应,促进Li+在电极界面处的传输(图 6),PAALi-LVP电池中的这种电子和 Li+的高度协同输运增强了电极的动力学性能,并提供了一个快速的类电容氧化还原过程,从而使其在70C下获得了107mAh/g的优异倍率能力。
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