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可导电性聚合物黏结剂材料

时间:2019-06-11 21:21来源:海猎人
导电聚合物黏结剂
导电聚合物黏结剂既有黏结作用又具有导电功能,在保持电极结构稳定的同时可以提高电极的导电性。换句话说,导电聚合物黏结剂替代传统的黏结剂和导电添加剂,可以消除活性物质和导电添加剂之间脆弱的界面,抑制或完全避免两者之间的物理分离造成的容量损失。另外,导电聚合物黏结剂可以使电池中的活性成分实现最大化,提高电极的能量密度,是一种拥有广阔应用前景的新型黏结剂材料。目前,研究较多的导电聚合物包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯-4-磺酸酯(PEDOT:PSS)、芘修饰的丙烯酸甲酯以及聚芴基聚合物等。
 
1.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯-4-磺酸酯(PEDOT:PSS)
聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯-4-磺酸酯(PEDOT:PSS)[结构见图4.39(a)]是一种成本相对较低的可水溶的黏结剂,具有优异的电化学稳定性、较高的黏结强度、导电率和环境友好等优点[94_96]。图4.39(b)所示为使用PEDOT:PSS黏结剂代替传统不导电黏结剂[图4.39(c)]的电极的作用机理,其可以发挥导电剂的作用,在增加活性物质的含量的同时使浆料混合均匀,消除了在反复脱/嵌锂的过程中活性物质和无机导电添加剂之间的物理分离造成的容量损失,使电池具有较高的放电容量和倍率性能[97]
Shao等[94]将CMC和PEDOT:PSS混合组成的新型水溶导电复合黏结剂成功应用在硅电极上。图4.40为使用黏结剂AB/CMC、AB/PEDOT:PSS/CMC、PEDOT:PSS/CMC的电极在循环后的SEM图和充放电过程示意图,可以看出,使用AB/CMC黏结剂的硅电极有明显的裂痕,在循环过程中完全粉碎;使用PEDOT:PSS/CMC黏结剂的电极有很多蘑菇状的结构,这可能是由于在循环过程中硅颗粒发生膨胀收缩导致严重聚合和形成SEI膜。但是,硅颗粒仍然保持球形,这说明PEDOT:PSS作为导电添加剂的同时也作为一个弹性矩阵有效缓冲硅颗粒的体积变化;使用AB/PEDOT:PSS/CMC黏结剂的电极展示了平滑的表面,也可以清楚地看到球形硅颗粒。针对上述解释研究者相应地给出了充放电过程示意图,值得注意的是,在硅电极中适量的AB能够有效地阻止Si颗粒聚集,使两个相邻硅颗粒之间产生空隙,在一定程度上促进了电解液对电极的渗入[94]
 
 
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