如果你的手機使用超過 1 年時間，那麼你可能會發現「電池越來越不經用了」。這主要是因為鋰離子電池的退化導致的，這大大限制了可攜式電子設備的使用壽命，間接造成了巨大的污染和經濟損失。考慮到這些問題的嚴重性，研究人員一直在積極尋求改善鋰電池的先進方法。
鋰離子電池容量隨時間下降的主要原因之一是廣泛使用的石墨陽極的退化，也就是電池的負極。陽極與陰極和電解質（或在兩個終端之間攜帶電荷的介質）一起，為電池的充電和放電提供了一個可以發生電化學反應的環境。然而，石墨需要一種粘合劑，以防止它隨著使用而散開。今天最廣泛採用的粘合劑，聚偏二氟乙烯（PVDF），有一系列的缺點，使其遠遠不是一種理想的材料。
為了解決這些問題，日本高級科學技術研究所（JAIST）的一個研究小組正在研究一種由雙-亞氨基-苊醌-對苯二酚（BP）共聚物製成的新型粘合劑。
他們的最新研究發表在 ACS 應用能源材料上，由 Noriyoshi Matsumi 教授領導，Tatsuo Kaneko教授、高級講師Rajashekar Badam、博士生 Agman Gupta 和前博士後研究員 Aniruddha Nag 也參與其中。
那麼相比較傳統的 PVDF 粘合劑，BP共聚物都在哪些方面存在優勢呢？首先，BP粘合劑提供了明顯更好的機械穩定性和對陽極的附著力。這部分來自於雙亞氨基苊基和石墨之間的所謂π-π相互作用，也來自於共聚物的配體對電池的銅集電體的良好附著力。
其次，BP共聚物不僅比PVDF的導電性能好得多，而且還能形成一個更薄的導電固體電解質界面，電阻更小。第三，BP共聚物不容易與電解質發生反應，這也大大防止了它的降解。所有這些優點結合起來導致了一些嚴重的性能改進，研究人員通過實驗測量證明了這一點。
Matsumi 教授表示：「使用PVDF作為粘結劑的半電池在大約500次充放電循環後只顯示出65%的原始容量，而使用BP共聚物作為粘結劑的半電池在超過1700次這樣的循環後顯示出95%的容量保持。基於BP共聚物的半電池還顯示出非常高和穩定的庫侖效率，這是一種比較在特定循環中流入和流出電池的電量的措施；這也表明了電池的長期耐久性。循環前後用掃描電子顯微鏡拍攝的粘合劑圖像顯示，只有微小的裂紋在BP共聚物上形成，而 PVDF 在不到總循環次數的三分之一時已經在形成大的裂紋」。
這項研究的理論和實驗結果將為開發持久的鋰離子電池鋪平道路。反過來，這可能會產生深遠的經濟和環境影響，正如Matsumi教授解釋的那樣。他表示：「實現耐用電池將有助於開發更可靠的長期使用的產品。這將鼓勵消費者購買更昂貴的基於電池的資產，如電動汽車，這將會使用很多年」。
來源：cnBeta
