近日，我校高能高安全性动力锂离子电池电解液及隔膜材料与制备技术国家地方联合工程研究中心邢丽丹教授，通过校企深入合作，在国际顶级期刊《Joule》上发表了题目为“Removing Electrochemical Constraints on Polytetrafluoroethylene as Dry-Process Binder for High-Loading Graphite Anodes”的最新研究成果。该研究由香港城市大学与我校联合培养的博士研究生魏子奇为第一作者，通用公司的孔德文为共同第一作者。邢丽丹教授、香港城市大学的张瑞勤教授、通用公司的刘海晶博士以及Solid Energy Systems公司的许康研究员共同担任通讯作者，我校为第一完成单位。
随着社会电气化进程的加速，对高能量密度锂离子电池的需求日益增长。提高电极中活性物质的百分比是提高锂离子电池能量密度的有效策略之一。与传统的锂离子电池粘接剂聚偏氟乙烯相比，PTFE的全氟化链（-[CF2]n-）不含氢，使其与电极材料的粘附性更强，对于制备高载量电极具有重要意义。此外，PTFE可通过无溶剂干法工艺制备，相较于使用有机溶剂的湿法工艺，可减少有害溶剂的使用，降低对环境的影响。同时，使用PTFE还可以避免由于有机溶剂蒸发不均匀而导致的电极组分分布不均匀的问题，提高电池的制造效率和性能。因此，PTFE作为干法制备高载量电极的聚合物粘结剂应用，符合可持续发展的环保理念，代表了锂离子电池制造的新兴绿色未来。
然而，迄今为止，PTFE粘结剂的应用仅限于正极材料或者在高锂插层电位下的负极材料，主要是由于其在低电位下的电化学不稳定性。因此，PTFE在石墨负极应用的关键问题在于解决其在低电位下发生不可逆反应的问题。该研究工作首次深入揭示了PTFE粘接剂在负极发生不可逆还原的机制，并提出了通过在石墨颗粒表面包覆电子隔离层的解决方案，突破了PTFE在干法制备高载量石墨负极中的应用瓶颈，最终实现了PTFE作为粘结剂，使用干法制造的能量密度高达258.7 Wh/Kg的LiNi0.75Mn0.25O2/石墨软包电池。电池的将初始不可逆容量损失从52.91%降低到16.34%，同时在1700次循环后依然保持87.3%的容量。该工作实现了成本效益高的PTFE结合无溶剂干法工艺制备高载量电极，为未来大规模电气化提供了经济和环保的途径，推动了锂离子电池技术的发展和可持续化应用。
论文链接：https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(24)00055-2
作者/通讯员:化学学院提供 | 来源:化学学院 | 编辑:刘金英
