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与商用集流体（CC）相比，聚合物基集流体（PBCC）可显著提高锂离子电池的能量和安全性。然而，由于传统PBCC固有的横向非导电性，因此在电池组装过程中必须使用复杂的焊接工艺，从而牺牲了能量密度，这源于PBCC中间聚合物层的绝缘性。在此，我们开发了新设计的PI-CNTs-Al和 I-CNTs-Cu PBCC，将高导电性碳纳米管 (CNT) 集成到聚合物中间层中，并在聚合物中间层涂上两层金属以促进纵向导电性。碳纳米管的加入在中间层中形成了三维导电网络，大大提高了PI-CNTs-Al和PI-CNTs-Cu的横向导电率，分别从2.19×10-9和1.89×10-9 S m-1降至1.02和1.15 S m-1。此外，CNT的加入还增强了金属-聚合物界面的结合强度，有效缓解了传统PI-Al和PI-Cu CCs中常见的分离缺陷。工程PBCC可直接用作电池组装的CC，而无需复杂的导电元件。重要的是，充满电的1.5 Ah电池的能量密度达到235.8 Wh kg-1，提高了9.0%，并成功通过了严格的针刺测试，这归功于PBCC增强的抗拉强度和降低的断裂应变比。
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常规( a ) PI-Al和PI-Cu；( b )我们的PI-CNTs-Al和PI-CNTs-Cu在软包电池中的应用；c ) PI、PI-CNTs、PI-Al CCs和PI-CNTs-Al CCs的数码照片；d ) Al、PI-Al和PI-CNTs-Al CCs的XRD图谱；e ) Al、PI-Al和PI-CNTs-Al CCs的密度对比。
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( a ) Al和PI-CNTs-Al CCs以及( b ) Cu和PI-CNTs-Cu CCs的表面SEM表征和表面接触角。( c ) PI-Al和PI-CNTs-Al CCs和( d ) PI-Cu和PI-CNTs-Cu CCs的低倍和高倍断面SEM表征。( e ) PI-Al，PI-Cu，PI-CNTs-Al，PI-CNTs-Cu CCs纵向和横向电导率对比的数码照片。g ) Al，PI-Al，PI-CNTs-Al CCs横向电导率。
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a )使用PBCCs的纽扣电池组装示意图。b )使用Al、PI-Al和PI-CNTs-Al CCs的电池的充放电曲线，c ) Nyquist图和( d )倍率性能。Al、PI-Al和PI-CNTs-Al CCs电池在( e ) 0.5 C和( f ) 1 C下的长期循环稳定性。g ) Al、PI-Al和PI-CNTs-Al CCs电池在30 ℃下储存1000 h的电压-时间曲线。半电池的容量是根据包括CC在内的所有阴极或阳极电极计算的。
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使用( a ) PI-Cu||PI-Al和( b ) PI-CNTs-Cu||PI-CNTs-Al CCs进行袋式电池穿钉试验时的示意图。c ) PI-Cu，PI-CNTs-Cu，PI-Al，PI-CNTs-Al CCs拉伸应力测试后PBCCs的数码照片。( d ) PI-Cu和不同PI-CNTs-Cu CCs的应力-应变曲线和( e ) PI-Al和不同PI-CNTs-Al CCs的应力-应变曲线。f )拉伸应力测试后PI-Cu、PI-CNTs-Cu、PI-Al、PI-CNTs-Al CCs的表面SEM表征。g )穿钉测试过程中软包电池的电压和温度曲线。h )穿钉测试后软包电池的光学照片。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202419102
通讯作者：Jiu Lin, Henghui Xu, Yunhui Huang
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