通过机械互锁聚合物实现高能量密度、快速充电的锂离子电池

《Joule》：High energy-density, fast-chargeable lithium-ion batteries by mechanically interlocked polymers

　　

Gyuwon Seo|Ahmed Elabd|Seung Hyun Jeong|Leonie Braks|Taeyong Lee|Kiho Park|Jaemin Kim|Sungchan Kim|Soobin Lee|Jihoon Oh|Jaewook Nam|Jang Wook Choi|Ali Coskun

摘要

硅负极在提升锂离子电池的能量密度和快速充电性能方面发挥着关键作用；然而，其在实际应用中仍存在不可控膨胀的问题，尤其是在高电极密度条件下，而这正是实现高体积能量密度的关键因素。为解决这一难题，我们在此介绍了一种含有机械互锁交联结构的聚丙烯酸聚合物粘结剂，该结构能够形成拓扑上相互缠结的聚合物网络。这种粘结剂系统可通过机械互锁交联结构产生的多种机械运动，有效分散电极压延和反复充放电过程中产生的应力，从而提供均匀的机械强度和弹性。与使用传统粘结剂的电池相比，这种设计显著提升了高电极密度条件下硅-石墨电极的循环寿命和快速充电性能，充分体现了机械互锁聚合物网络在电池电极制造和运行过程中分散应力的重要性。