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AEM: 兩親性瓶刷聚合物粘結(jié)劑實現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)的27 mg cm-2高正極負(fù)載！

為了滿足對高能量密度鋰離子電池不斷增長的需求，人們致力于開發(fā)能夠滿足高容量/高電壓要求的正極材料。然而，正極粘結(jié)劑的發(fā)展相對緩慢限制了實用高能鋰離子電池的開發(fā)。

在此，韓國延世大學(xué)Sang-Young Lee、高麗大學(xué)Joona Bang及蔚山科學(xué)技術(shù)院Ju-Myung Kim等人設(shè)計了一種新型的基于兩親性瓶刷聚合物（BBPs）的正極粘結(jié)劑材料，由連接到聚合物主鏈的密集接枝側(cè)鏈組成。

具體而言，作者使用聚丙烯酸（PAA）作為側(cè)鏈，通過開環(huán)復(fù)分解聚合合成BBP。由于PAA側(cè)鏈的親水性和聚降冰片烯 (PNB) 主鏈的疏水性，BBP具有本征兩親性。PNB主鏈可以與基于非水溶劑的商用正極制造工藝兼容，而PAA側(cè)鏈在正極活性層和金屬集流體之間提供了強(qiáng)大的附著力。

圖1. BBP/PVDF粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)/電化學(xué)表征對比

作者選擇了NCM811正極材料作為概念證明，受益于平衡的兩親性和基于瓶刷的結(jié)構(gòu)獨特性，BBP粘結(jié)劑增強(qiáng)了：i) 在正極板的厚度方向上形成高度發(fā)達(dá)的電子/離子傳導(dǎo)通路；ii) NCM811層和集流體之間的粘附性，即使在正極片處于電解液浸泡狀態(tài)下；iii) 螯合從NCM811溶解的過渡金屬離子，從而防止 NCM811的相變。

因此，采用極低含量（1 wt%）的BBP粘結(jié)劑獲得了具有穩(wěn)定循環(huán)性能的高質(zhì)量負(fù)載（27 mg cm^-2，相當(dāng)于5.2 mAh cm^-2）NCM811正極。這項研究為設(shè)計先進(jìn)的正極粘結(jié)劑開辟了新的途徑，有望同步高能量密度電池正極活性材料的發(fā)展。

圖2. 由BBP粘結(jié)劑實現(xiàn)的高質(zhì)量負(fù)載NCM811正極

Amphiphilic Bottlebrush Polymeric Binders for High-Mass-Loading Cathodes in Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102109

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