滑轮原理解决了锂电池硅负极体积膨胀问题

锂离子电池的各种负极材料中，具有极高比容量的硅负极存在的一个关键问题是：大幅度的体积变化导致电极结构破裂，产生绝缘界面层。

一个主要的原因在于：对于PAA等常规 锂电池 粘结剂而言，分子链之间的氢键相互作用，往往难以适应硅颗粒膨胀产生的应力。

有鉴于此，韩国高等科技学院的Ali Coskun和Jang Wook Choi等人报道了一种高弹性粘结剂，极大地提高了硅负极在充放电过程中的稳定性。

图1. 分子滑轮结构和应力释放机理

研究人员在PAA中加入少量多聚轮烷，形成“分子滑轮”（PR-PAA）。这种“分子滑轮”的结构较为奇特，以线性PAA聚合物框架和环状多聚糖共价成键，然后由PEG链贯穿环中。

“分子滑轮”中的一部分环具有较强的胶粘性能，一部分环具有独特的自由滑动性能。两种性能的有机结合，使粘结剂弹性得到大幅提高，可承受硅负极的体积膨胀收缩变化，释放所产生的应力，在充放电过程中不至于发生破裂，稳定性得到增强。

图2. PR-PAA胶粘剂力学性能

图3. 电化学性能

图4. 硅负极循环前后的SEM