鋰離子電池被廣泛應用於各種領域，但需要改進的黏合劑來提高其性能，以滿足不斷發展的需求。這是因為氧化矽（SiO）這種具有高容量和低成本優勢的陽極材料面臨一些挑戰。這些挑戰包括導電性差，導致充電速度減慢，以及充電過程中的顯著膨脹。因此，有效的黏合劑對於解決這些問題、確保鋰離子電池系統性能的提升和耐用性的延長至關重要。

研究人員用聚（乙烯基膦酸）（PVPA）為鋰離子電池中基於微氧化矽（SiO）的電極設計了一種高性能黏合劑，與傳統方法相比，這種黏合劑提高了電化學性能和耐用性。資料來源：JAIST Noriyoshi Matsumi

日本先進科學技術研究所（JAIST）的Noriyoshi Matsumi （松見紀佳）教授、博士生Noriyuki Takamori、前高級講師Rajashekar Badam、Tejkiran Pindi Jayakumar 博士（前學生）以及丸善石化有限公司的研究人員最近在2024 年2 月8 日的《ACS 應用能源材料》（ACS Applied Energy Materials）雜誌上發表了一項研究、他們利用聚（乙烯基膦酸）（PVPA）作為微型氧化矽電極的黏合劑，實現了比傳統電池更優越的性能。

PVPA 的卓越性能

據松見教授說：”PVPA 黏合劑在延長高性能鋰離子二次電池的壽命方面應該非常有用。特別是在電動車的應用中，人們對實現鋰離子二次電池的長壽命有著濃厚的興趣.PVPA 的使用將為聚丙烯酸（PAA）和聚偏氟乙烯（PVDF）等市售黏合劑提供更好的替代品”。

該研究涉及製造含有PVPA、PAA 和PVDF 作為黏合劑的電極，並透過電化學實驗和密度泛函理論對其性能進行了評估。與傳統的PAA（2.03 N/m）相比，PVPA 對銅支撐物的附著力（3.44 N/m）明顯更強，顯著提高了鋰離子電池的耐用性。

與PAA 電池相比，基於PVPA 的電池在200 次循環後的放電容量幾乎是後者的兩倍，基於PVPA 的半電池在相同的循環次數後可達到1300 mAhg-1SiO。與PVDF 或PAA 黏合劑不同的是，即使經過200 次充放電循環，掃描電子顯微鏡也沒有觀察到集流器剝落。此外，PVPA 更強的附著力有助於穩定基於氧化矽的陽極，即使在體積顯著膨脹的情況下也能防止其剝落。

合作與專利

此外，丸善石化有限公司（其研究人員也是研究的一部分）已經建立了PVPA 的工業生產流程。JAIST 與丸善石化有限公司之間的持續合作，以及該公司提供的其他電池生產專業技術，可能會進一步加快該製程在實際生活中的應用。JAIST 和丸善石化有限公司已在國內（日本）和國際上聯合申請了該技術的專利。

「這種工業上可行的高性能黏合劑將有助於高耐用性和高能量密度電池技術的開發。這將使電動車在全球範圍內得到更廣泛的應用，而無需擔心電池性能會在較長時間內下降。未來，這些材料還可應用於火車、輪船、飛機等各種電動車。”

總之，科學家利用聚（乙烯基膦酸）為鋰離子電池中的氧化矽陽極開發了一種功能性黏合劑。與傳統方法相比，這種低成本黏合劑提高了性能，是電動車及其他領域基於微型氧化矽的應用的新進展。

編譯自: ScitechDaily