西安交大在智能電池材料領域開發出自適應粘合劑

新型能源技術的有效開發和大規模應用將給全球能源格局帶來革命性的調整。近日，西安交通大學宋江選教授團隊以《基于超分子相互作用的界面自適應粘合劑在鋰離子電池高比容硅碳負極中的應用》為題在國際知名期刊《先進功能材料》上發表。

基于硅碳負極的二次電池，在循環過程中內部結構易發生變化，造成容量快速衰減和使用壽命的縮短。在復雜應用環境（溫度變化、外界應力等）下，這一現象尤為明顯。針對上述問題，西安交通大學材料學院宋江選教授團隊從電池材料設計出發，針對鋰離子電池新一代高比容硅碳負極開發了一種界面適應型粘合劑解決因其大體積形變導致的容量快速衰減難題。西安交大科研團隊開發了一系列具有自適應能力的電池材料用于提升電池的結構穩定性和環境適應性，顯著提升了電池在苛刻條件下的使用壽命。

課題組所開發的三嵌段聚合物粘合劑PSEA由疏水的聚苯乙烯嵌段（S）、彈性的聚(2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯（E）嵌段和親水的剛性聚丙烯酸嵌段組成。與傳統的硅基負極粘合劑不同，新型界面適應型粘合劑能夠通過π π堆疊和氫鍵相互作用與C層和Si層結合，有效地促進界面粘附以及電極各組分在漿料中的均勻分散，進而維持電極組顆粒間的連接和電極的完整性。此外，粘合劑中柔性的聚醚側鏈及其豐富的配位位點還可以促進聚合物鏈中鋰鹽的解離，加速Li+傳輸。得益于此，即使高面容量下，所制備的硅碳負極仍表現出優異的電化學循環性能。

界面自適應型粘合劑作用機理示意圖

相關工作以《基于超分子相互作用的界面自適應粘合劑在鋰離子電池高比容硅碳負極中的應用》為題發表在《先進功能材料》上，西安交通大學材料學院博士生虎琳琳為本文第一作者。該成果是團隊繼梯度應力耗散型粘合劑、自修復和應力耗散雙功能聚合物粘合劑之后的又一重要進展。

上述成果以西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為第一單位，通訊作者為西安交通大學材料學院宋江選教授，論文合作者包括西安交大材料學院Goran Ungar教授、楊書桂助理教授等。

宋江選，西安交通大學教授、博士生導師、國家級青年項目入選者、陜西省“青年百人”、西安交通大學“青年拔尖人才”。近年來，主持/參與了國家自然科學基金項目，美國能源部及世界500強企業資助的多個重大攻關項目，在硅負極及其粘合劑、鋰-硫電池、鋰離子電池、鈉/鉀離子電池、超級電容器等研究領域取得一系列創新性成果，受到美國能源部(US DOE), Materials Views, Angew. Chem.等官方媒體重點報道。在Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等權威期刊發表論文30余篇，其中影響因子大于10的論文9篇。7篇論文入選ESI高被引論文(1%)，3篇論文入選ESI熱點論文(0.1%)，1篇論文被評選為VIP論文，累計引用3000余次，獲授權專利4項，含2項PCT國際專利。

Goran Ungar，西安交通大學 教授

研究領域或方向：新型納米功能材料；軟物質材料結構與性能；超分子自組裝等。

科研項目：

球晶、添加劑及納米粒子在半結晶性高聚物中的二維及三維可視化研究，國家自然科學基金面上項目，項目負責人；

SCALES: Complexity Across Length scales in Soft Matter，歐洲科學基金會科研項目，項目負責人；

NANOGOLD: Self-organized Nanomaterials for Tailored Optical and Electrical Properties，歐盟委員會FP7科研項目，項目負責人；

Materials for Renewable Energy NaturE"s Way (RENEW)，英國工程和自然科學研究委員會，項目負責人。

交大高能為高能數造旗下品牌，孵化于西安交大長春3D打印創新中心。高能數造（西安）技術有限公司是全球新能源電池3D打印技術的先行者和創導者，更是國內首家推出電池漿料專業級3D打印設備的公司。TOP.E高能數造以“數造讓電池更高能、讓產品更高能”為使命，致力于用3D打印技術為研制更高能的新能源電池提供數字智造解決方案，幫助全球用戶使用數字智造技術賦能“雙碳”事業。

關鍵詞： 西安交通大學 西安交大 鋰離子電池