第一作者：Shaowen Dong
通讯作者：何向明、王莉、梁杰
通讯单位：清华大学，中国矿业大学
论文速览
本论文综述了功能性粘结剂在提升高容量负极材料性能方面的作用。随着能源存储电池技术的快速发展，对高容量负极材料的需求日益增长。然而，这些材料在充放电过程中会经历显著的体积变化，这对电极结构的完整性和寿命构成了挑战。高性能粘结剂在此过程中起到了关键作用，尽管它们在电池组成中所占比例较小，但对于提高电池的电化学效率、安全性和成本效益至关重要。
文章首先概述了电极中粘结剂的作用和要求，研究了尖端的表征方法，并讨论了支撑粘结剂选择的“结构-功能”范式。然后，展示了在为高容量负极材料（如硅（Si）、磷（P）、锡（Sn）、锑（Sb）和锗（Ge））寻找合适粘结剂方面的研究进展。
最后，文章思考了粘结剂在未来高容量电极材料发展和应用中的未来方向，旨在促进高性能、高容量负极的发展，从而加速高能量密度锂离子和钠离子电池的开发。
图文导读
图 1：锂离子和钠离子电池中高容量负极材料的理论比容量的示意图。
图 2：高容量电极材料的问题以及当前粘结剂（PVDF 和 CMC+SBR）系统无法满足其需求的情况。
图 3：电极中粘结剂的特性。
图 4：不同状态下的 SA 和 CMC 电极的 P K边X射线吸收光谱，用于研究放电-充电过程中的变化。
图 5：使用 SBR/CMC 和 DPA 粘结剂的 SiMP 电极在循环过程中的原位光学显微镜图像，以及不同粘结剂的 Li+ 扩散系数比较。
图 6：TUPN 粘结剂的合成示意图，以及硅负极使用 TUPN 粘结剂和铜集流体之间的相互作用。
总结展望
面对不断增长的能源存储应用需求，开发高容量电极材料是必然趋势。高容量电极材料的共同挑战包括在循环过程中的显著体积变化和较差的机械性能。传统的粘结剂似乎无法满足高容量电极材料的需求。
为了解决这些问题，开发新的粘结剂是一个有效的策略，也是未来能源存储电池需要面对的重大挑战。尽管粘结剂在电极组成中只占很小一部分，但它们在电池的循环稳定性和倍率性能中起着至关重要的作用。
本文总结了粘结剂在电极中的作用和高容量电极中应用的要求，讨论了电极中粘结剂的粘附机制，并希望通过先进的表征技术揭示粘结剂的作用机制。未来的研究方向包括优化分子结构和开发新的粘结剂，开发宽温度范围功能性粘结剂，利用先进的表征技术，建立理论模型和科学计算，以及开发无粘结剂电极。
文献信息
标题：Functionalized Binders Boost High-Capacity Anode Materials
期刊：Advanced Functional Materials
DOI：10.1002/adfm.202404192
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