哈尔滨工程大学：一种新型石墨烯基锂离子电池双功能耐湿粘结剂

　　成果简介

　　

　　粘合剂在可充电锂离子电池（LIBs）中起着关键作用，它将颗粒状的电极材料、导电碳和集流体牢牢地固定在一起，形成并保持一个具有足够机械强度的连续电子传导相。在商业LIB中，主要的粘合剂是用于阴极的聚偏氟乙烯（LiCoO2、LiFePO4、LiNixCotyMnzO2等）和用于阳极的羧甲基纤维素/苯乙烯-丁二烯橡胶（石墨和Li4Ti5O12）。然而，这些聚合物粘合剂有几个缺点，特别是缺乏电子和锂离子的导电性。

　　本文，哈尔滨工程大学朱凯副教授团队在《Small》期刊发表名为“A Novel Graphene Based Bi-Function Humidity Tolerant Binder for Lithium-Ion Battery”的论文，研究报告了一种新型的有机/无机混合导电粘合剂（LAP-rGO），用于锂离子电池的阳极和阴极。该粘结剂由二维还原氧化石墨烯片和锚定的长烷烃链组成。使用这种粘结剂制备的电极表现出足够高的粘结强度、快速的电解质扩散、高速率的充放电性能和出色的循环稳定性。由于电子和锂离子运输的综合改善，磷酸铁锂和Li4Ti5O12电极在5C时的容量提高了约130 mAh g-1。LAP-rGO键合石墨阳极显示出超出其理论值的比容量。使用这种新的粘结剂制备的电极浆料具有优越的加工和涂层性能，可以在高湿度下制备，并使用较少的能量进行干燥。

　　图文导读

　　

　　图1、LAP-rGO的结构表征

　　

　　图2、浆料的机械性能和基于LAP-rGO和基于PVDF的电极的显微图像

　　

　　图3、电极的导电性和润湿性，以及浆料的耐湿性

　　

　　图4、LAP-rGO粘结剂在磷酸铁和联用油的电化学性能.

　　

　　图5、a） S-rGO制备过程示意图。b） LFP-S-rGO-SP在2°C时的循环性能。c）LTO-S-rGO-SP在5°C时的循环性能。d） NMP 回收-再利用过程示意图。e） LFP-R-rGO-SP在2°C时的循环性能。f）LTO-R-rGO-SP在5°C时的循环性能。

　　小结

　　综上所述，我们发现了一种快速简便的制备新型石墨烯基双官能无机/有机杂化LIBs粘结剂的方法。作者证明了该粘合剂可以为制造LFP和LTO电极提供相当的粘合强度，作为商业LIB生产中主要使用的PVDF粘合剂。使用这种新型粘合剂制备的电极浆料具有优异的流变性能，具有很高的耐湿性，并且可以在低温或更短的时间内干燥。该粘合剂可以通过加速电子和锂离子传输来提高那些低电导率纳米尺寸商业电极材料（例如，LTO和LFP）的高速性能。该粘合剂有望取代PVDF粘合剂，以制造性能更好的LTO和LFP电池。

　　文献：

　　https://doi.org/10.1002/smtd.202201393