Chem. Eur. J. :锂离子电池过渡金属氧化物正极聚合物粘结剂的研究进展

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河南大学李昊副教授与河南科技学院李长恭教授等人结合理论计算提出了过渡金属氧化物正极粘结剂需具备的必要条件,系统性地总结了近年来高电压正极粘结剂的研究及展现状,介绍了聚合物粘结剂的结构和官能团种类对电极电化学兼容性,离子/电子导电性,机械性能以及安全性的影响机制,并针对高电压聚合物粘结剂的未来结构优化和发展方向进行了总结与展望。


过渡金属氧化物正极(TMOC)如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O0.1和LiMn1.5Ni0.5O4因其较高的工作电压、较高的可逆容量和相对较低的成本在锂离子电池中得到了广泛的应用。然而,基于TMOC的锂离子电池面在循环过程中面临着过渡金属溶解,正极体积膨胀/收缩,锂金属负极腐蚀等问题,严重地影响了高电压TMOC的进一步发展。聚合物粘结剂作为正极的重要组成部分,能够有效保持正极的机械完整性和离子/电子导电性。通过官能团设计和结构优化,具有特殊功能的高分子粘合剂可以进一步提高TMOC的循环稳定性和倍率性能(图1)。



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图1 基于TMOC正极的功能化聚合物粘结剂。

本综述通过总结近年来高电压正极粘结剂的研究及展现状,并结合DFT理论计算(图2),系统性地阐明了不同官能团种类和结构类型对聚合物粘结剂功能化(如电化学相容性、电子/离子导电性、机械性能和安全性)的影响,并分别针对不同的功能特性提出了相应的聚合物结构的设计思路,揭示了聚合物粘结剂官能团类型对正极表面寄生反应的抑制策略,对于高电压TMOC聚合物粘结剂的发展和实用化具有指导意义。

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图2 TMOC正极中常用聚合物结合剂的LUMO和HOMO能级。

文信息

Towards Efficient Polymeric Binders for Transition Metal Oxides-based Li-ion Battery Cathodes

Prof. Changgong Li, Shan Nie, Dr. Hao Li


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202303733



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