研究发现新型共聚物粘合剂 可延长锂离子电池的使用寿命

人们都知道智能手机使用超过一年后，锂离子电池的电荷量会减少，手机使用寿命或将随之降低，间接导致经济损失和污染。此外，锂离子电池寿命较短也阻碍了可再生能源回收和电动汽车市场的发展。因此，科学家们一直在努力寻找可提高锂离子电池寿命的方法。

锂离子电池容量随时间减少的关键原因之一是广泛使用的石墨阳极（即电池负极）的退化。阳极与电解质（电池正负极间携带电荷的介质）和阴极（或电池正极）可为电池充放电循环的电化学反应提供良好的环境。但为防止使用石墨时发生裂变，需要给石墨添加粘合剂。如今使用最广泛的粘合剂是聚偏二氟乙烯（PVDF），但它存在缺点，与理想的材料相去甚远。

据报道，为解决上述问题，北陆先端科学技术大学院大学(JAIST)的研究小组发明出由双亚氨基-萘醌-对亚苯基（BP）共聚物制造的新型粘合剂。首先，与PVDF粘合剂相比，BP粘合剂可为负极提供更好的粘合性和机械稳定性。部分原因是石墨与双亚氨基-萘醌基群之间存在假定的π-π相互作用，以及共聚物配体与电池铜集流体之间存在优异粘合性。其次，BP共聚物相比PVD更具导电性，并可产生一个更薄、且电阻更小的导电固体电解质界面。第三，BP共聚物不容易与电解质发生反应，大大避免降解。

（图片来源：北陆先端科学技术大学院大学）

如试验显示，BP共聚物还可大大增强电池性能。JAIST教授Noriyoshi Matsumi表示：“使用PVDF作为粘合剂的半电池在约500次充放电循环后仅是原始容量的65％，而使用BP共聚物作为粘合剂的半电池在经过1700次充放电循环后仍显示95％的容量。”

使用BP共聚物的半电池显示出极高且稳定的库伦效率，这也证明这种电池持久且耐用。库伦效率指的是电池放电容量与同循环过程中充电容量之比。研究小组在循环前后均采用电子显微镜对粘合剂进行拍摄。照片显示，BP共聚物上仅出现小裂纹，而PVDF粘合剂在不到总循环次数的三分之一时就出现了大裂纹。

此项研究实验和理论结果都将为设计耐用的锂离子电池提供新的方法，从而产生深远的环境和经济效应。正如Matsumi教授所说：“发明耐用电池将有助于开发出更可靠且可长期使用的产品，从而鼓励消费者购买昂贵的电池产品，如可长期使用的电动汽车。”

Matsumi教授还补充说，持久电池的开发将使很多人受益，如患有心脏疾病及其他依赖人造器官的人。此外，随着日常充电设备笔记本电脑、平板电脑和智能手机等数量的增加，普通人群也将受益于此。电极粘合剂的其他发展还有望使科学家们生产出寿命更长的电池产品，从而实现更绿色的未来。