雙離子電池（DIB）因其具有同時儲存陽離子和陰離子的機(jī)制，已經(jīng)成為最有前景的電源候選者。其中，由于其具有極短的擴(kuò)散長度和優(yōu)異的電化學(xué)性能，石墨被廣泛用作DIB正極材料，但當(dāng)發(fā)生大半徑的陰離子的插層反應(yīng)時，石墨材料會顯示出大的體積膨脹（110-135%），這可能會造成活性物質(zhì)的剝離，DIB循環(huán)壽命的縮短等后果，從而極大地阻礙了該電池的實(shí)際應(yīng)用。

在此，韓國浦項(xiàng)工科大學(xué)Soojin Park團(tuán)隊等人提出了一種為雙離子電池設(shè)計的新型聚合物粘結(jié)劑和粘性石墨正極。研究表明，該新型粘結(jié)劑中的氮雜環(huán)共價鍵可以與石墨發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，經(jīng)過簡單的紫外處理即可將粘結(jié)劑固定在電極中，與石墨形成穩(wěn)健的三維網(wǎng)絡(luò)。同時，該粘結(jié)劑不僅可以在極高的電壓（5V）下保持穩(wěn)定，還能有效促進(jìn)更深、更可逆的陰離子嵌入。

圖1. 粘結(jié)性石墨正極的制備

總之，該工作開發(fā)了一種可以用于石墨在高電壓下進(jìn)行陰離子脫嵌反應(yīng)的新型聚合物粘結(jié)劑，通過結(jié)合超分子相互作用和共價鍵合的創(chuàng)新粘合劑策略，作者成功地創(chuàng)建了一種與石墨相互作用的穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有效增強(qiáng)了石墨正極的內(nèi)聚力。

利用該新型粘結(jié)劑，石墨正極不僅可以在厚電極、高倍率等測試條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，還能實(shí)現(xiàn)更高容量、更持久、更可持續(xù)的陰離子儲存。該研究為開發(fā)碳質(zhì)主體材料的高級粘合劑、推進(jìn)DIB和實(shí)現(xiàn)高性能儲能技術(shù)提供了新的思路。

圖2. 電池性能

Azacyclic Anchor-Enabled Cohesive Graphite Electrodes for Sustainable Anion Storage Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202306157