合工大碳纳米管增强的全碳粘合剂，可提高锂离子电池的性能

　　成果简介
　　转化型和合金型阳极材料在锂化过程中体积膨胀大，破坏了完整的电极结构，使集电器与阳极材料颗粒失去有效的电接触，导致容量衰减快，循环稳定性差。本文，合肥工业大学张卫新教授团队在《Carbon》期刊发表名为＂An integrated highly stable anode enabled by carbon nanotube-reinforced all-carbon binder for enhanced performance in lithium-ion battery＂的论文，研究采用浆料浇注和热处理相结合的方法制备了高度稳定的集成阳极，该阳极由阳极材料颗粒和由商业碳纳米管 (CNT) 和聚偏二氟乙烯 (PVDF) 衍生的碳组成的全碳粘合剂组成。
　　与传统的PVDF结合剂相比，该结合剂对铜集电器具有很强的粘结能力，能有效地将阳极材料颗粒与集电器结合。此外，碳纳米管增强的全碳粘结剂提供了一个强大的机械和高导电网络，以确保集成阳极的结构稳定性，其中在锂化过程中可以有效抑制阳极材料的体积膨胀。以二氧化锡和硅为活性材料的集成电极具有显著的长期循环稳定性，分别在0.5℃下500次循环后保持861.4mahg-1和300次循环后保持902.4mahg-1。该方法简单有效，与传统的阳极制造工艺相兼容，在实际应用中显示出巨大的潜力。
　　图文导读
　　图1。SnO 2 -C-CNT 集成电极的制造过程示意图。
　　图2。(a) SnO 2 -C-CNT、SnO 2 -PVDF-CB 和 SnO 2 -PVDF-CNT 的(a) XRD 图案和 (b) 拉曼光谱。(c) SnO 2 -C-CNT 在空气条件下的热重分析。(d) SnO 2 -C-CNT 和 SnO 2 -PVDF-CNT 全范围的XPS 测量扫描。(e) SnO 2 -C-CNT 和 SnO 2 -PVDF-CNT 的C 1s XPS 光谱。(f) SnO 2 -C-CNT 和 SnO 2 -PVDF-CNT 的F 1s XPS 光谱 。
　　图3。(a, d) SnO 2 -C-CNT, (b, e) SnO 2 -PVDF-CNT 和 (c, f) SnO 2 -PVDF-CB 的SEM 和 TEM 图像。(g) HRTEM 图像，(h) SAED 图案和 (i) SnO 2 -C-CNT 的EDS 映射轮廓。
　　图4。(a) SnO 2 -C-CNT 在 0.01-3.0 V 电位范围内的CV 曲线。(b) 倍率容量，(c) 奈奎斯特图和 (d) SnO 2 -C-CNT、SnO 2 - 的循环性能PVDF-CB和SnO 2 -PVDF-CNT。(e) SnO 2 -C-CNT的长期循环测试。
　　图5。(a) 电极剥离试验示意图。(b) SnO 2 -C-CNT、SnO 2 -PVDF-CNT 和 SnO 2 -PVDF-CB 的剥离力和 (c) 剥离强度。
　　图6。从正视图观察到的电极在 300 次循环前后的 SEM 图像
　　小结
　　综上所述，实现了粘合剂工程，制备了由全碳粘合剂和体积膨胀大的负极材料组成的集成电极。与传统的 PVDF 粘合剂相比，含有 PVDF 衍生碳和商用碳纳米管的全碳粘合剂具有更高的剥离强度。这种全碳粘合剂显示出高内聚能力和优异的机械稳定性，可以抑制作为负极材料的氧化锡在锂嵌入时的大体积膨胀，并保持集电器和活性材料之间的有效电子接触。这种方法也可以用于其他负极材料，例如具有大体积膨胀的硅。此外，带有碳粘合剂的集成电极在厚电极中也表现出稳定的循环性能。这项工作从增强型全碳粘合剂工程的新角度为体积膨胀大的负极材料提供了实用的解决方案。
　　文献：
　　https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.06.065