第一作者：Shaowen Dong

通訊作者：何向明、王莉、梁杰

通訊單位：清華大學，中國礦業大學

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本論文綜述了功能性粘結劑在提升高容量負極材料性能方面的作用。隨著能源存儲電池技術的快速發展，對高容量負極材料的需求日益增長。然而，這些材料在充放電過程中會經歷顯著的體積變化，這對電極結構的完整性和壽命構成了挑戰。高性能粘結劑在此過程中起到了關鍵作用，盡管它們在電池組成中所占比例較小，但對于提高電池的電化學效率、安全性和成本效益至關重要。

文章首先概述了電極中粘結劑的作用和要求，研究了尖端的表征方法，并討論了支撐粘結劑選擇的“結構-功能”范式。然后，展示了在為高容量負極材料（如硅（Si）、磷（P）、錫（Sn）、銻（Sb）和鍺（Ge））尋找合適粘結劑方面的研究進展。

最后，文章思考了粘結劑在未來高容量電極材料發展和應用中的未來方向，旨在促進高性能、高容量負極的發展，從而加速高能量密度鋰離子和鈉離子電池的開發。

圖文導讀

圖 1：鋰離子和鈉離子電池中高容量負極材料的理論比容量的示意圖。

圖 2：高容量電極材料的問題以及當前粘結劑（PVDF 和 CMC+SBR）系統無法滿足其需求的情況。

圖 3：電極中粘結劑的特性。

圖 4：不同狀態下的 SA 和 CMC 電極的 P K邊X射線吸收光譜，用于研究放電-充電過程中的變化。

圖 5：使用 SBR/CMC 和 DPA 粘結劑的 SiMP 電極在循環過程中的原位光學顯微鏡圖像，以及不同粘結劑的 Li⁺ 擴散系數比較。

圖 6：TUPN 粘結劑的合成示意圖，以及硅負極使用 TUPN 粘結劑和銅集流體之間的相互作用。

總結展望

面對不斷增長的能源存儲應用需求，開發高容量電極材料是必然趨勢。高容量電極材料的共同挑戰包括在循環過程中的顯著體積變化和較差的機械性能。傳統的粘結劑似乎無法滿足高容量電極材料的需求。

為了解決這些問題，開發新的粘結劑是一個有效的策略，也是未來能源存儲電池需要面對的重大挑戰。盡管粘結劑在電極組成中只占很小一部分，但它們在電池的循環穩定性和倍率性能中起著至關重要的作用。

本文總結了粘結劑在電極中的作用和高容量電極中應用的要求，討論了電極中粘結劑的粘附機制，并希望通過先進的表征技術揭示粘結劑的作用機制。未來的研究方向包括優化分子結構和開發新的粘結劑，開發寬溫度范圍功能性粘結劑，利用先進的表征技術，建立理論模型和科學計算，以及開發無粘結劑電極。

文獻信息

標題：Functionalized Binders Boost High-Capacity Anode Materials

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202404192