在鋰離子電池的各種負(fù)極材料中，具有極高比容量的硅負(fù)極存在的一個關(guān)鍵問題是：大幅度的體積變化導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)破裂，產(chǎn)生絕緣界面層。

　　一個主要的原因在于：對于PAA等常規(guī)鋰電池粘合劑而言，分子鏈之間的氫鍵相互作用，往往難以適應(yīng)硅顆粒膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。

　　有鑒于此，近日，韓國高等科技學(xué)院的Ali Coskun和Jang Wook Choi教授領(lǐng)銜的KAIST研究小組報道了一種高彈性用于硅陽極鋰離子大容量電池的分子滑輪粘合劑，極大地提高了硅負(fù)極在充放電過程中的穩(wěn)定性。

　　圖1. 分子滑輪結(jié)構(gòu)和應(yīng)力釋放機理

　　KAIST團(tuán)隊在PAA中加入少量多聚輪烷，形成“分子滑輪”(PR-PAA)。這種“分子滑輪”的結(jié)構(gòu)較為奇特，以線性PAA聚合物框架和環(huán)狀多聚糖共價成鍵，然后由PEG鏈貫穿環(huán)中。

　　“分子滑輪”中的一部分環(huán)具有較強的膠粘性能，一部分環(huán)具有獨特的自由滑動性能。聚輪烷中的環(huán)可以隨著硅顆粒的體積變化而自由移動，環(huán)的滑動可以有效地保持Si的顆粒形狀，使其不會在連續(xù)的體積變化過程中崩解。兩種性能的有機結(jié)合，使粘合劑彈性得到大幅提高，可承受硅負(fù)極的體積膨脹收縮變化，釋放所產(chǎn)生的應(yīng)力，在充放電過程中不至于發(fā)生破裂，穩(wěn)定性得到增強。新粘合劑的功能與現(xiàn)有的粘合劑(通常是簡單的線性聚合物)形成鮮明對比，現(xiàn)有的粘合劑彈性有限，因此不能牢固地保持顆粒形狀。以前的粘合劑會使粉碎的顆粒發(fā)生散射，會使得硅電極降低甚至失去其容量。

　　圖2. PR-PAA膠粘劑力學(xué)性能

　　圖3. 電化學(xué)性能

　　圖4. 硅負(fù)極循環(huán)前后的SEM