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研究發(fā)現(xiàn)新型共聚物粘合劑 可延長鋰離子電池的使用壽命
時間:2021-03-10 08:41來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)）
人們都知道智能手機(jī)使用超過一年后，鋰離子電池的電荷量會減少，手機(jī)使用壽命或?qū)㈦S之降低，間接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和污染。此外，鋰離子電池壽命較短也阻礙了可再生能源回收和電動汽車市場的發(fā)展。因此，科學(xué)家們一直在努力尋找可提高鋰離子電池壽命的方法。
鋰離子電池容量隨時間減少的關(guān)鍵原因之一是廣泛使用的石墨陽極（即電池負(fù)極）的退化。陽極與電解質(zhì)（電池正負(fù)極間攜帶電荷的介質(zhì)）和陰極（或電池正極）可為電池充放電循環(huán)的電化學(xué)反應(yīng)提供良好的環(huán)境。但為防止使用石墨時發(fā)生裂變，需要給石墨添加粘合劑。如今使用最廣泛的粘合劑是聚偏二氟乙烯（PVDF），但它存在缺點(diǎn)，與理想的材料相去甚遠(yuǎn)。
據(jù)報道，為解決上述問題，北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)(JAIST)的研究小組發(fā)明出由雙亞氨基-萘醌-對亞苯基（BP）共聚物制造的新型粘合劑。首先，與PVDF粘合劑相比，BP粘合劑可為負(fù)極提供更好的粘合性和機(jī)械穩(wěn)定性。部分原因是石墨與雙亞氨基-萘醌基群之間存在假定的π-π相互作用，以及共聚物配體與電池銅集流體之間存在優(yōu)異粘合性。其次，BP共聚物相比PVD更具導(dǎo)電性，并可產(chǎn)生一個更薄、且電阻更小的導(dǎo)電固體電解質(zhì)界面。第三，BP共聚物不容易與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，大大避免降解。
如試驗顯示，BP共聚物還可大大增強(qiáng)電池性能。JAIST教授Noriyoshi Matsumi表示：“使用PVDF作為粘合劑的半電池在約500次充放電循環(huán)后僅是原始容量的65％，而使用BP共聚物作為粘合劑的半電池在經(jīng)過1700次充放電循環(huán)后仍顯示95％的容量。”
使用BP共聚物的半電池顯示出極高且穩(wěn)定的庫倫效率，這也證明這種電池持久且耐用。庫倫效率指的是電池放電容量與同循環(huán)過程中充電容量之比。研究小組在循環(huán)前后均采用電子顯微鏡對粘合劑進(jìn)行拍攝。照片顯示，BP共聚物上僅出現(xiàn)小裂紋，而PVDF粘合劑在不到總循環(huán)次數(shù)的三分之一時就出現(xiàn)了大裂紋。
此項研究實(shí)驗和理論結(jié)果都將為設(shè)計耐用的鋰離子電池提供新的方法，從而產(chǎn)生深遠(yuǎn)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。正如Matsumi教授所說：“發(fā)明耐用電池將有助于開發(fā)出更可靠且可長期使用的產(chǎn)品，從而鼓勵消費(fèi)者購買昂貴的電池產(chǎn)品，如可長期使用的電動汽車。”
Matsumi教授還補(bǔ)充說，持久電池的開發(fā)將使很多人受益，如患有心臟疾病及其他依賴人造器官的人。此外，隨著日常充電設(shè)備筆記本電腦、平板電腦和智能手機(jī)等數(shù)量的增加，普通人群也將受益于此。電極粘合劑的其他發(fā)展還有望使科學(xué)家們生產(chǎn)出壽命更長的電池產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)更綠色的未來。
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