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  導(dǎo)電高分子凝膠是一種擁有廣闊應(yīng)用前景的新型材料，因?yàn)樗仁且环N有機(jī)導(dǎo)體，又繼承了凝膠材料獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和由此產(chǎn)生的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)，比如較大的表面積、高孔隙率以及結(jié)構(gòu)可調(diào)控性。近日，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的余桂華教授團(tuán)隊(duì)利用導(dǎo)電高分子凝膠的這些獨(dú)特性質(zhì)，設(shè)計(jì)開發(fā)了新型鋰離子電池粘合劑，有效提高了電池電極的性能。

  鋰離子電池的電極通常由電極材料和粘合劑組成。近年來，一大批新型電極材料，尤其是納米結(jié)構(gòu)的電極材料成功合成。然而，這些高性能材料對鋰離子電池粘合劑的要求也面臨著挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)粘合劑由導(dǎo)電添加劑（通常為碳納米顆粒）和絕緣高分子組成，由于缺乏結(jié)構(gòu)上的良好穩(wěn)定性與相容性，無法實(shí)現(xiàn)電極內(nèi)各種成分的均勻分布，無法同時(shí)保證電極內(nèi)高效的電子和離子傳輸，從而導(dǎo)致電極中傳輸瓶頸的出現(xiàn)。

  德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)的基于導(dǎo)電高分子凝膠的新型鋰離子電池粘合劑很好地解決了上述問題。他們采用多官能團(tuán)分子（植酸、酞菁銅等）作為交聯(lián)劑，將導(dǎo)電高分子（聚吡咯）在電極材料分散液中原位聚合并且交聯(lián)，形成擁有3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電池電極。該凝膠粘合劑在電極中構(gòu)建了一個(gè)擁有高電導(dǎo)率的骨架，將嵌于其中的電極材料互相連接，從而為每一個(gè)活性材料顆粒提供高效的導(dǎo)電通路。與此同時(shí)，三維結(jié)構(gòu)電極中的多孔結(jié)構(gòu)能促進(jìn)電解液在電極中流動，從而改善離子的傳輸。得益于原位聚合，導(dǎo)電高分子凝膠粘合劑能在每一個(gè)電極材料顆粒的表面形成高分子薄層，從而避免顆粒的聚集，保證了通往每一個(gè)顆粒的電子離子傳輸。以上這些特性保證了電池電極的優(yōu)良倍率性能。另外，得益于高分子材料的粘彈性，凝膠骨架能協(xié)調(diào)電極材料在電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的體積變化，從而保證傳輸通路的穩(wěn)定性，提高電極的使用壽命。

  導(dǎo)電高分子凝膠粘合劑的特性能通過使用不同交聯(lián)分子進(jìn)行調(diào)控，從而廣泛適用于各種電極材料。另外，該材料制備簡單、價(jià)格低廉，有望適用于工業(yè)生產(chǎn)，成為下一代商用鋰離子電池粘合劑。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603922/abstract