天津大学孙洁教授《AFM》：聚丙烯酸-羧甲基纤维素交联二元聚合物粘结剂改善磷负极性能

磷（P）是一种前景广阔的正极材料，具有高容量（2596 mAh g-1和6075-6924 mAh cm-3）、低锂离子扩散势垒（0.08 eV）和适当的锂化电位（≈0.7 V vs Li+/Li）。然而，巨大的体积膨胀（≈300%）、低电子电导率（10-14-102 S cm-1）和可溶性中间体（多磷化锂，LixpPs）等问题限制了其性能。

近日，天津大学孙洁教授、贵州振华新材料有限公司向黔新总经理、Chaoyi Zhou设计了一种坚固耐用的交联二元聚合物粘结剂，即聚丙烯酸-羧甲基纤维素（PAA/CMC）粘结剂，它具有良好的锂离子导电性，并且不会与多磷化锂（LixpPs）发生反应。实验显示，在1300 mA g-1下循环200次后，P/CNT-PAA/CMC复合材料显示出1230.2 mAh g-1的高可逆容量，是对照样品P/CNT-PVDF的10倍。此外，P/CNT-PAA/CMC锂化后的体积膨胀率仅为6%，远低于对照样品（83%）。

文章要点：

1. 这项工作设计并制备了一种由聚丙烯酸-羧甲基纤维素（PAA/CMC）组成的强效交联二元聚合物粘合剂。

2. PAA和CMC均为水溶性粘结剂，可避免使用昂贵且有毒的高沸点N甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂。此外，PAA和CMC具有适中的电解液溶胀率和较高的机械强度。另外，它们具有丰富的羧基和羟基，有利于与磷产生强烈的界面相互作用。PAA和CMC可通过酯化反应形成三维交联网络，从而增加应力节点。PAA/CMC粘结剂可有效抑制锂嵌入过程中活性材料的体积膨胀，并提高电极的结构稳定性。

3. PAA/CMC粘结剂除了具有优异的机械性能外，还与磷有很高的亲和性，可以均匀地分布在磷的表面，阻断活性材料与电解液的直接接触。它有利于形成较薄的固体电解质界面层（SEI），减少活性材料的不可逆损耗。

4. 实验显示，P/CNTPAA/ CMC电极性能卓越，在1300 mA g-1下循环200次后，容量达到1230.2 mAh g-1。

图1 PAA/CMC粘结剂的结构及机械性能

图2 PAA/CMC粘结剂的表征

图3 循环性能对比

图4 倍率性能研究

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202308325

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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