通过改性氨纶-聚丙烯酸粘结剂制备的高比容量湿法处理电极，用于实现450 Wh/kg的锂离子电池

《Nature Communications》：Wet-processed high-areal-capacity electrodes via transformative spandex–poly(acrylic acid) binder toward 450?Wh?kg?1 lithium-ion batteries

　　

摘要

随着人们对高能量密度锂离子电池的兴趣日益增加，使用富镍正极材料来设计高质量负载电极已成为实现这一目标的最有前景的策略之一。然而，传统的粘结剂聚偏二氟乙烯无法确保高质量负载电极的结构完整性和均匀的电荷传输。在此，我们提出了一种双功能混合聚合物作为先进的湿法加工型粘结剂，该粘结剂由斯潘德克斯和聚丙烯酸构成的交联网络组成。斯潘德克斯具有高弹性，并且能与富镍正极形成良好的亲和力，而聚丙烯酸则能在电极表面形成聚丙烯酸锂，从而增强界面处的锂离子传输。这两种聚合物各自发挥不同的作用，不仅提升了电极的机械强度，还增强了锂离子传输效率，同时抑制了干燥过程中的粘结剂迁移现象，进而解决了高质量负载电极长期存在的诸多问题。值得注意的是，所提出的混合聚合物粘结剂即便在仅2%的较低含量下，也能帮助制造出质量负载量为70毫克/平方厘米且循环性能稳定的电极。此外，采用这种混合聚合物粘结剂的正极材料的软包电池，其循环稳定性也优于传统聚偏二氟乙烯基粘结剂制成的电池，这充分体现了其在工业应用中的潜力。本研究为粘结剂的合理设计提供了实用见解，同时也展现了它们在实现高质量负载电极的湿法加工制造方面的巨大潜力。