支春义团队AM：蛛丝启发的高耐用柔性锂离子电池粘结剂设计

柔性锂离子电池（LIBs）的开发对能量密度和高机械耐久性同时提出了要求。由于电极的变形能力有限，并且金属集流体的表面平整光滑，电极材料与集流体之间稳定可靠的接触仍然极具挑战，尤其是对高负载的电极和严重变形的电池。粘结剂在结合电极材料颗粒并将其粘附到集流体上方面起着至关重要的作用。

图1 蛛丝粘结剂的结构及粘结剂在电极中的变形机理

香港城市大学支春义等受蛛丝蛋白的启发，通过在聚丙烯酸中加入交联超分子聚（尿烷-脲），开发了一种用于柔性LIBs的粘结剂。

研究显示，所开发的独特结构和化学键设计使三维聚合物网络具有高度可拉伸性和弹性，以及出色的粘附性，可在电极中保持牢固的结合，从而在发生剧烈机械变形和电化学（脱）锂化过程中实现超稳定的循环性能。

图2 ASP粘结剂的机械性能

得益于上述优势，采用ASP粘结剂制备的柔性电池具有420 Wh L^-1的高真实能量密度和前所未有的机械稳定性。电池在经历了各种剧烈的动态变形后，仍表现出良好的电极形态、稳定的功率输出和循环性能。

总体而言，所设计的ASP粘结剂具有出色的粘附性、机械耐久性和电化学性能，前景十分广阔，为高负载和柔性设计电池的应用开辟了新的前景。

图3 基于不同粘结剂的柔性电池在不同变形下的电化学性能

Spider Silk-Inspired Binder Design for Flexible Lithium-Ion Battery with High Durability. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202303165

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