新能源Leader|新型粘结剂助力长寿命硅碳负极( 二 )
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下图b为采用PDMOPA-20粘结剂的硅碳负极的SEM图片 ， 可以看到电极主要包含0.5-2um的大孔和100-200nm的小孔 ， Si颗粒的边缘清晰锐利 ， 从下图E可以看到在经过0.05C和0.1C各一次循环后 ， 电池出现了坍塌 ， 并且电池的许多微孔也消失了 ， Si颗粒的边缘也变得模糊 ， 表明Si颗粒的表面生成了一层SEI膜 。
在经过100次循环后Si负极表面产生了大量的裂纹和一层厚厚的SEI膜（下图C、F-L） ， 同时从下图F还能够看到负极表面部分电极甚至发生了剥离 ， 其中PAA粘结剂的电极在少量循环后就发生了严重的电极开裂 ， PDMOPA-9粘结剂在循环几次后也发生了较为严重的开裂 ， 而采用分子量更大的PDMOPA-14粘结剂（下图H）的Si负极的开裂情况明显减少 ， 小裂纹基本消失 ， 大裂纹的宽度也明显变窄 ， 而分子量更大的PDMOPA-20粘结剂的Si负极 ， 中裂纹和微裂纹基本消失了 ， 大裂纹的宽度有所增加 。 上述结果表面大分子量的PDMOPA粘结剂能够更好的承受Si负极在嵌锂过程中巨大的体积膨胀 ， 避免电极严重破碎 ， 从而减少负极活性物质的损失 。
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下图为采用不同粘结剂的硅碳负极的交流阻抗图谱 ， 根据下图C中所示的等效电路进行拟合 ， 从下图b的拟合结果可以看到 ， PDMOPA粘结剂的硅碳负极的电荷交换阻抗要明显低于PAA粘结剂 ， 并且随着PDMOPA粘结剂分子量的增加 ， 电荷交换阻抗也在呈现明显的下降趋势 。
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DahuaYao的研究表明PDMOPA粘结剂含有较多的邻二苯酚官能团 ， 能够提供更好的粘结力 ， 从而更好的吸收硅碳负极的体积膨胀 ， 稳定硅碳负极的结构 ， 从而有效的改善硅碳负极的循环稳定性 。
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Synthesisofsiliconanodebinderswithultra-highcontentofcatecholgroupsandtheeffectofmolecularweightonbatteryperformance,JournalofPowerSources463(2020)228188,DahuaYao,JianwenFeng,JunWang,YonghongDeng,ChaoyangWang
文/凭栏眺
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