EnSM: 血凝块启发的用于锂离子电池硅负极的新型纤维蛋白粘结剂

粘结剂是锂离子电池硅负极的关键组成部分，许多研究致力于探索能够在Si的大体积变化下抑制电隔离的新粘结剂。良好粘结剂的主要要求是高水平的表面极性和机械稳定性，目前多糖结构单元组成的粘结剂引起了广泛关注。

在此，高丽大学Dong-Wan Kim及韩国科学技术研究院（KIST）Jin Gu Kang等人受血液凝块的机械稳固和损伤愈合方面的启发，提出了一种基于纤维蛋白的新型粘结剂，其构建块是氨基酸。除了其机械性能外，纤维蛋白还表现出理想的分子结构。它由两个外周羧基末端（C末端）D区和一个中心氨基末端（N末端）E区通过一对个多肽链(αA, βB和γ)的螺旋连接而成。

每条多肽链都是由甘氨酸、精氨酸、脯氨酸等多种氨基酸通过酰胺键连接而成的线性组合。因此，纤维蛋白中有许多极性官能团可以与Si形成氢键，包括酰胺基、羟基和羧酸根。纤维蛋白纤维还具有分支结构，其中多肽骨架具有氨基酸侧链，有助于保持电极完整性。

图1. 受血凝块启发的基于纤维蛋白的新粘结剂

结果表明，基于纤维蛋白的Si电极显示出比基于藻酸盐的电极更好的循环稳定性和倍率性能。通过将纤维蛋白与藻酸盐和离子交联混合进行进一步优化，得到了一种先进的粘结剂，该粘结剂在 0.01~1.0 V之间表现出显著提高的循环稳定性（0.5C下500次循环后容量为740 mAh g^-1）。这种改进的电化学性能源于电极的机械完整性，这可以通过粘结剂的刚度和应力松弛之间的平衡来实现。

这项工作突出了纤维蛋白作为Si负极新型粘结剂的潜力，预计由氨基酸链组成的许多其他细胞外基质蛋白也可以作为有效的粘结剂。该粘结剂可以扩展到其表面具有极性的其他类别的电极材料，尤其是那些经历明显体积变化的电极材料，并为优化粘结剂的设计提供了指导。

图2. 基于纤维蛋白/藻酸盐粘结剂的硅电极的电化学性能

Blood Clot-Inspired Viscoelastic Fibrin Gel: New Aqueous Binder for Silicon Anodes in Lithium Ion Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.024

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