硅基负极的储锂机制为合金化反应机制,锂化过程中硅材料会发生严重的体积膨胀。在电池工作过程中,反复的体积变化会导致电极材料的结构崩溃、 固体电解质界面反复形成, 造成活性Li+的不可逆损耗和容量的快速衰减,从而使得硅基LIBs 的首次库伦效率和循环寿命降低。
研究显示，该种DCMIN@PAA 粘合剂具有强大的机械性能、高弹性和出色的粘合力。此外，修饰的二烷基铵盐与苯并-24-冠-8的醚基之间的识别为DCMIN@PAA粘合剂提供了快速耗散能量和减少损伤积累的功效。
基于此，使用DCMIN@PAA 粘合剂的纯硅负极在 1 C 下可稳定循环超过 1050 次。DCMIN@PAA 粘合剂还提高了纯硅负极的自制软包电池的循环稳定性。
图1. DCMINs 和无损粘合剂的设计和机理
总之，该工作为硅基负极设计了一种耐用且无损的DCMIN@PAA粘合剂。研究显示，硅负极在循环过程中的体积膨胀可通过PAA和DCMIN之间机械键的移动和氢键的部分解离而迅速消散进而减少了损伤累积并限制了电极在重复应力过程中的机械疲劳。基于此，具有DCMIN@PAA 粘合剂的纯硅负极在 300 次循环后仍具有 1542.8 mA hg-1可逆容量和 71.9% 的容量保持率。即使在高倍率下，DCMIN@PAA-Si 也表现出超过 1000 次循环的稳定性。因此，该工作为设计易于体积膨胀的高能锂离子电池负极粘结剂提供了一条新途径。
图2. 电池性能
Durable and Damageless Supramolecular Binder for Fast, Stable, and Sustainable Si-Based Anodes,Journal of the American Chemical Society2024 DOI: 10.1021/jacs.4c11217