發(fā)布時(shí)間：2021-08-03 06:17

　　硅和硫來(lái)源廣泛且理論比容量高,有望成為下一代商用鋰二次電池的電極材料,但是目前這些材料因存在一些問(wèn)題,所以尚未大規(guī)模商業(yè)化。如硅作為負(fù)極材料時(shí),嵌鋰過(guò)程中產(chǎn)生高于300%的體積膨脹率,造成硅顆粒粉化和脫落等問(wèn)題,降低了電極的比容量。硫作為正極材料時(shí),脫嵌鋰過(guò)程中多硫化鋰的穿梭效應(yīng)、較低的鋰離子擴(kuò)散速率和較大的體積變化等造成較低的容量和循環(huán)性能。黏結(jié)劑在鋰二次電池中用量雖少,但是作為電極的重要組成部分,對(duì)電極的電化學(xué)性能影響極大。理想的黏結(jié)劑可有效改善電池的性能,特別是循環(huán)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)聚偏氟乙烯（PVDF）與活性物質(zhì)間的作用力弱,作為高比容量電極材料的黏結(jié)劑時(shí),電極無(wú)法獲得滿意的電化學(xué)性能,且PVDF使用大量揮發(fā)性的有毒有機(jī)溶劑。為了克服上述問(wèn)題,并提高鋰二次電池的電化學(xué)性能,本論文制備了一系列鋰二次電池用水基黏結(jié)劑。主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.聚丙烯酸（PAA）與乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）復(fù)合制得一種成本低,環(huán)境友好的新型黏結(jié)劑（PAA/EVA）。該黏結(jié)劑中,羧酸基團(tuán)提高了黏結(jié)劑的黏結(jié)性,EVA提高了黏結(jié)劑的柔韌性。此外EVA膠粒內(nèi)部可存儲(chǔ)電解液,提高了極片的吸液率,進(jìn)而提高了極片的離子... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

拴繩模型示意圖[24]

⒗礪踇29]認(rèn)為在分子熱運(yùn)動(dòng)的作用下，長(zhǎng)鏈分子在黏結(jié)劑和被黏物質(zhì)間運(yùn)動(dòng)，如果黏結(jié)劑可以溶解或溶脹被黏物質(zhì)，則黏結(jié)劑與被黏物質(zhì)會(huì)相互擴(kuò)散到對(duì)方內(nèi)部，然后交織起來(lái)。這種理論只適應(yīng)于與黏結(jié)劑相容的被黏物質(zhì)。（6）極性理論認(rèn)為極性被黏物質(zhì)需要極性黏結(jié)劑，非極性被黏物質(zhì)需要非極性黏結(jié)劑。（7）弱界面理論[30]認(rèn)為物體表面均存在使黏結(jié)強(qiáng)度降低的弱邊界層，所以需要除去弱界面層才能增強(qiáng)黏結(jié)劑與被黏物質(zhì)間的作用力。（8）配位鍵理論[31]認(rèn)為黏結(jié)劑與被黏物質(zhì)在黏結(jié)界面上分別提供電子對(duì)和空軌道，形成配位鍵。圖1.2黏結(jié)機(jī)理示意圖：（a）制備電極時(shí)黏結(jié)劑的擴(kuò)散與滲透過(guò)程；（b）干燥過(guò)程中機(jī)械結(jié)合過(guò)程；（c）界面層黏合力形成過(guò)程[32]Fig1.2Schematicsofthebindingmechanism:(a)diffusion/penetratingprocessduringthepreparationofelectrode;(b)formationofmachanicalinterlockingduringthedryingprocess;(c)interfacialbonding[32].以上黏結(jié)機(jī)理均不全面，事實(shí)上，黏結(jié)劑與被黏物質(zhì)間可能同時(shí)存在上述幾種黏結(jié)理論。不同的黏結(jié)劑與不同的被黏物質(zhì)間黏結(jié)機(jī)理不同。鋰二次電池中活性物質(zhì)通常為粉末或顆粒狀，炭黑等導(dǎo)電添加劑也為粉末。電極的制備方法通常是將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑粉末均勻分散到黏結(jié)劑中，然后涂布到集流體，最后干燥。黏結(jié)劑將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑固定在集流體上。由于活性物質(zhì)表面通常凹凸不平或

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文8圖1.3CMC黏結(jié)劑對(duì)硅顆粒的黏結(jié)機(jī)理[36]Fig.1.3MechanismoftheCMCbinderwithSinanoparticles[36].圖1.4Alg-C和PAA-C的化學(xué)結(jié)構(gòu)式[40]Fig.1.4ThestructureofAlg-CandPAA-C[40].（b）鏈結(jié)構(gòu)聚合物鏈結(jié)構(gòu)也影響聚合物的物性。聚合物按鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)分為線型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)。線型結(jié)構(gòu)聚合物如PAA、CMC和SA對(duì)活性物質(zhì)的黏結(jié)性好[53-55]。PAA黏結(jié)劑制備的納米硅負(fù)極在0.5C的條件下循環(huán)100圈，平均每圈比容量損失率不到0.2%。SA黏結(jié)劑制備的納米硅負(fù)極，在4200mAg1的電流密度下循環(huán)100圈，比容量為1700~2000mAhg1[55]。然而線型結(jié)構(gòu)的分子鏈間易于滑動(dòng)，受力后易發(fā)生永久變形，導(dǎo)致活性物質(zhì)團(tuán)聚，降低極片的比容量。而體型聚合物即交聯(lián)聚合物，分子鏈不易滑動(dòng)，變形后易于回復(fù)到原狀，因此交聯(lián)聚合物具有更強(qiáng)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3319108