西安交大在智能電池材料領(lǐng)域開發(fā)出自適應(yīng)粘合劑

新型能源技術(shù)的有效開發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用將給全球能源格局帶來革命性的調(diào)整。近日，西安交通大學(xué)宋江選教授團(tuán)隊(duì)以《基于超分子相互作用的界面自適應(yīng)粘合劑在鋰離子電池高比容硅碳負(fù)極中的應(yīng)用》為題在國際知名期刊《先進(jìn)功能材料》上發(fā)表。

基于硅碳負(fù)極的二次電池，在循環(huán)過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)易發(fā)生變化，造成容量快速衰減和使用壽命的縮短。在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境（溫度變化、外界應(yīng)力等）下，這一現(xiàn)象尤為明顯。針對(duì)上述問題，西安交通大學(xué)材料學(xué)院宋江選教授團(tuán)隊(duì)從電池材料設(shè)計(jì)出發(fā)，針對(duì)鋰離子電池新一代高比容硅碳負(fù)極開發(fā)了一種界面適應(yīng)型粘合劑解決因其大體積形變導(dǎo)致的容量快速衰減難題。西安交大科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列具有自適應(yīng)能力的電池材料用于提升電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，顯著提升了電池在苛刻條件下的使用壽命。

課題組所開發(fā)的三嵌段聚合物粘合劑PSEA由疏水的聚苯乙烯嵌段（S）、彈性的聚(2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯（E）嵌段和親水的剛性聚丙烯酸嵌段組成。與傳統(tǒng)的硅基負(fù)極粘合劑不同，新型界面適應(yīng)型粘合劑能夠通過π π堆疊和氫鍵相互作用與C層和Si層結(jié)合，有效地促進(jìn)界面粘附以及電極各組分在漿料中的均勻分散，進(jìn)而維持電極組顆粒間的連接和電極的完整性。此外，粘合劑中柔性的聚醚側(cè)鏈及其豐富的配位位點(diǎn)還可以促進(jìn)聚合物鏈中鋰鹽的解離，加速Li+傳輸。得益于此，即使高面容量下，所制備的硅碳負(fù)極仍表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)性能。

界面自適應(yīng)型粘合劑作用機(jī)理示意圖

相關(guān)工作以《基于超分子相互作用的界面自適應(yīng)粘合劑在鋰離子電池高比容硅碳負(fù)極中的應(yīng)用》為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上，西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生虎琳琳為本文第一作者。該成果是團(tuán)隊(duì)繼梯度應(yīng)力耗散型粘合劑、自修復(fù)和應(yīng)力耗散雙功能聚合物粘合劑之后的又一重要進(jìn)展。

上述成果以西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位，通訊作者為西安交通大學(xué)材料學(xué)院宋江選教授，論文合作者包括西安交大材料學(xué)院Goran Ungar教授、楊書桂助理教授等。

宋江選，西安交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、國家級(jí)青年項(xiàng)目入選者、陜西省“青年百人”、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才”。近年來，主持/參與了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，美國能源部及世界500強(qiáng)企業(yè)資助的多個(gè)重大攻關(guān)項(xiàng)目，在硅負(fù)極及其粘合劑、鋰-硫電池、鋰離子電池、鈉/鉀離子電池、超級(jí)電容器等研究領(lǐng)域取得一系列創(chuàng)新性成果，受到美國能源部(US DOE), Materials Views, Angew. Chem.等官方媒體重點(diǎn)報(bào)道。在Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等權(quán)威期刊發(fā)表論文30余篇，其中影響因子大于10的論文9篇。7篇論文入選ESI高被引論文(1%)，3篇論文入選ESI熱點(diǎn)論文(0.1%)，1篇論文被評(píng)選為VIP論文，累計(jì)引用3000余次，獲授權(quán)專利4項(xiàng)，含2項(xiàng)PCT國際專利。

Goran Ungar，西安交通大學(xué) 教授

研究領(lǐng)域或方向：新型納米功能材料；軟物質(zhì)材料結(jié)構(gòu)與性能；超分子自組裝等。

科研項(xiàng)目：

球晶、添加劑及納米粒子在半結(jié)晶性高聚物中的二維及三維可視化研究，國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；

SCALES: Complexity Across Length scales in Soft Matter，歐洲科學(xué)基金會(huì)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；

NANOGOLD: Self-organized Nanomaterials for Tailored Optical and Electrical Properties，歐盟委員會(huì)FP7科研項(xiàng)目，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；

Materials for Renewable Energy NaturE"s Way (RENEW)，英國工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

交大高能為高能數(shù)造旗下品牌，孵化于西安交大長(zhǎng)春3D打印創(chuàng)新中心。高能數(shù)造（西安）技術(shù)有限公司是全球新能源電池3D打印技術(shù)的先行者和創(chuàng)導(dǎo)者，更是國內(nèi)首家推出電池漿料專業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備的公司。TOP.E高能數(shù)造以“數(shù)造讓電池更高能、讓產(chǎn)品更高能”為使命，致力于用3D打印技術(shù)為研制更高能的新能源電池提供數(shù)字智造解決方案，幫助全球用戶使用數(shù)字智造技術(shù)賦能“雙碳”事業(yè)。

關(guān)鍵詞： 西安交通大學(xué) 西安交大 鋰離子電池