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粘結劑是鋰離子電池硅負極的關鍵組成部分，許多研究致力于探索能夠在Si的大體積變化下抑制電隔離的新粘結劑。良好粘結劑的主要要求是高水平的表面極性和機械穩定性，目前多糖結構單元組成的粘結劑引起了廣泛關注。

在此，高麗大學Dong-Wan Kim及韓國科學技術研究院（KIST）Jin Gu Kang等人受血液凝塊的機械穩固和損傷愈合方面的啟發，提出了一種基于纖維蛋白的新型粘結劑，其構建塊是氨基酸。除了其機械性能外，纖維蛋白還表現出理想的分子結構。它由兩個外周羧基末端（C末端）D區和一個中心氨基末端（N末端）E區通過一對個多肽鏈(αA, βB和γ)的螺旋連接而成。

每條多肽鏈都是由甘氨酸、精氨酸、脯氨酸等多種氨基酸通過酰胺鍵連接而成的線性組合。因此，纖維蛋白中有許多極性官能團可以與Si形成氫鍵，包括酰胺基、羥基和羧酸根。纖維蛋白纖維還具有分支結構，其中多肽骨架具有氨基酸側鏈，有助于保持電極完整性。

圖1. 受血凝塊啟發的基于纖維蛋白的新粘結劑

結果表明，基于纖維蛋白的Si電極顯示出比基于藻酸鹽的電極更好的循環穩定性和倍率性能。通過將纖維蛋白與藻酸鹽和離子交聯混合進行進一步優化，得到了一種先進的粘結劑，該粘結劑在 0.01~1.0 V之間表現出顯著提高的循環穩定性（0.5C下500次循環后容量為740 mAh g^-1）。這種改進的電化學性能源于電極的機械完整性，這可以通過粘結劑的剛度和應力松弛之間的平衡來實現。

這項工作突出了纖維蛋白作為Si負極新型粘結劑的潛力，預計由氨基酸鏈組成的許多其他細胞外基質蛋白也可以作為有效的粘結劑。該粘結劑可以擴展到其表面具有極性的其他類別的電極材料，尤其是那些經歷明顯體積變化的電極材料，并為優化粘結劑的設計提供了指導。

圖2. 基于纖維蛋白/藻酸鹽粘結劑的硅電極的電化學性能

Blood Clot-Inspired Viscoelastic Fibrin Gel: New Aqueous Binder for Silicon Anodes in Lithium Ion Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.024

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EnSM: 血凝塊啟發的用于鋰離子電池硅負極的新型纖維蛋白粘結劑

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