日本高级科学技术研究所 锂离子电池石墨阳极用新型共聚物粘结剂
英国石油公司的共聚物提供了几个优点，使其在稳定性和耐久性方面远远领先于传统的聚偏氟乙烯粘合剂
信用:来自JAIST的Noriyoshi Matsumi 任何一个拥有智能手机超过一年的人都很可能意识到，它内置的锂离子电池并不像新手机那样充满电
锂离子电池的退化是一个严重的问题，极大地限制了便携式电子设备的使用寿命，间接造成了巨大的污染和经济损失
除此之外，锂离子电池不太耐用的事实是电动汽车和可再生能源收集市场的巨大障碍
考虑到这些问题的严重性，研究人员一直在积极寻求改进锂离子电池最先进设计的方法也就不足为奇了
锂离子电池容量随时间下降的主要原因之一是广泛使用的石墨阳极(电池的负极)的退化
阳极与阴极(或正极端子)和电解质(或在两个端子之间携带电荷的介质)一起，为电池的充电和放电提供了电化学反应发生的环境
然而，石墨需要一种粘合剂来防止它在使用过程中脱落
当今最广泛采用的粘合剂聚偏二氟乙烯(聚偏二氟乙烯)有一系列缺点，使其远非理想的材料
为了解决这些问题，日本高级科学技术研究所的一组研究人员正在研究一种由双亚氨基苊醌对苯二酚共聚物制成的新型粘合剂
他们的最新研究发表在《美国化学学会应用能源材料》杂志上，由松尾诺里吉教授领导，还邀请了高级讲师菅伸子教授
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学生阿格曼·古普塔和前博士后阿尼鲁达·纳格
那么，在石墨阳极方面，BP共聚物在哪些方面优于传统的聚偏氟乙烯粘合剂？首先，英国石油公司粘合剂提供了显著更好的机械稳定性和对阳极的粘附性
这部分来自双亚氨基苊醌基团和石墨之间的所谓π-π相互作用，也来自共聚物的配体与电池的铜集流体的良好粘附
其次，该共聚物不仅比聚偏氟乙烯导电性能好得多，而且形成了一个更薄的导电固体电解质界面，电阻更小
第三，BP共聚物不容易与电解质反应，这也极大地防止了其降解
正如研究人员通过实验测量证明的那样，所有这些优势的结合导致了一些严重的性能改进
“使用聚偏氟乙烯作为粘合剂的半电池在大约500次充放电循环后仅显示出其原始容量的65%，而使用BP共聚物作为粘合剂的半电池在超过1700次这样的循环后显示出95%的容量保持率，”教授强调说
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基于BP共聚物的半电池也显示出非常高和稳定的库仑效率，库仑效率是一种在给定周期内比较流入和流出电池的电荷量的指标；这也表明了电池的长期耐用性
在循环前后用扫描电子显微镜拍摄的粘合剂图像显示，在BP共聚物上仅形成微小裂纹，而在不到三分之一的循环总数中，在聚偏氟乙烯上已经形成大裂纹
本研究的理论和实验结果将为研制长效锂离子电池铺平道路
反过来，这可能会产生深远的经济和环境后果
松美解释说:“耐用电池的实现将有助于开发更可靠的产品供长期使用
这将鼓励消费者购买更昂贵的基于电池的资产，如电动汽车，这将使用很多年
”他还表示，耐用电池对于那些依赖人造器官的人来说是个好消息，比如某些心脏病患者
当然，考虑到智能手机、平板电脑和笔记本电脑每天的使用量和充电量，普通大众也会受益
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