上海交大團隊鋰離子電池高容量硅負極研究獲進展

100年來，交大人民用知識和智慧創造了無數碩果，書寫了近代史上的許多“第一”。這是人才培養、科學研究、服務社會、為國爭光的智慧。新聞聯播特別推出“交大智慧”欄目，聚焦交大人的智慧，展現他們對國家發展和社會進步的巨大貢獻。近日，上海交通大學化學與化工學院楊軍教授的研究團隊在Cell Press旗下的新能源期刊《焦耳》上發表了一篇題為《具有自愈性多網絡粘合劑的硅微咬合器》的文章。本文設計的具有多級網絡結構和自修復功能的水性粘合劑（PAA-P（HEA-co-DMA））可以有效緩解微米級硅電極充放電過程中活性材料體積變化引起的顆粒粉碎和電子傳導損失現象，然后獲得具有優異性能的硅基負極。

硅具有較高的理論比容量和較低的氧化還原電極電勢，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池最有潛力的陽極材料之一。然而，循環過程中嚴重的體積變化使電極結構疏松，電子導電性變差，并不斷破壞電極表面的SEI膜，消耗電解質，從而降低了電池的循環效率和使用壽命。為了解決這些問題，以往的許多研究工作大多集中在設計具有不同結構的硅材料，如孔隙率、納米晶體化和多層復合材料，以減少活性相的體積效應，提高電池的循環穩定性。然而，這些策略很難甚至不可能實現硅材料的廉價和大規模生產。本文在粘結劑結構設計的基礎上，合成了一種具有多層網絡結構的新型粘結劑，該粘結劑具有軟硬兩種特點。該聚合物具有一定的自愈合能力和優異的拉伸財產，能夠有效緩沖微米硅顆粒體積變化引起的應變，抑制循環過程中硅顆粒的粉化，顯著提高微米硅顆粒電極的電化學性能。在5A/g的高電流下，比容量仍約為1850mAh/g，并且具有優異的電化學可逆性。此外，該粘合劑也適用于微米二氧化硅負電極材料，并且可以在9mAh/cm2的高面積容量下可逆循環。研究結果對開發具有強體積效應的大容量電極具有重要參考價值。本文的工作得到了科技部973計劃（No.2014CB932303）和國家自然科學基金（No.21773154）的資助。100年來，交通大學的人們用知識和智慧創造了無數的成果，書寫了許多現代史上的“第一”。這是人才培養、科學研究、服務社會、為國爭光的智慧。新聞聯播特別推出“交大智慧”欄目，聚焦交大人的智慧，展現他們對國家發展和社會進步的巨大貢獻。近日，上海交通大學化學與化工學院楊軍教授的研究團隊在Cell Press旗下的新能源期刊《焦耳》上發表了一篇題為《具有自愈性多網絡粘合劑的硅微咬合器》的文章。本文設計的具有多級網絡結構和自修復功能的水性粘合劑（PAA-P（HEA-co-DMA））可以有效緩解微米級硅電極充放電過程中活性材料體積變化引起的顆粒粉碎和電子傳導損失現象，然后獲得具有優異性能的硅基負極。

硅具有較高的理論比容量和較低的氧化還原電極電勢，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池最有潛力的陽極材料之一。然而，循環過程中嚴重的體積變化使電極結構疏松，電子導電性變差，并不斷破壞SEI膜……

并消耗電解質，從而降低電池的循環效率和使用壽命。為了解決這些問題，以往的許多研究工作大多集中在設計具有不同結構的硅材料，如孔隙率、納米晶體化和多層復合材料，以減少活性相的體積效應，提高電池的循環穩定性。然而，這些策略很難甚至不可能實現硅材料的廉價和大規模生產。本文在粘結劑結構設計的基礎上，合成了一種具有多層網絡結構的新型粘結劑，該粘結劑具有軟硬兩種特點。該聚合物具有一定的自愈合能力和優異的拉伸財產，能夠有效緩沖微米硅顆粒體積變化引起的應變，抑制循環過程中硅顆粒的粉化，顯著提高微米硅顆粒電極的電化學性能。在5A/g的高電流下，比容量仍約為1850mAh/g，并且具有優異的電化學可逆性。此外，該粘合劑也適用于微米二氧化硅負電極材料，并且可以在9mAh/cm2的高面積容量下可逆循環。研究結果對開發具有強體積效應的大容量電極具有重要參考價值。本文的工作得到了科技部973計劃（No.2014CB932303）和國家自然科學基金（No.21773154）的資助。

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