汽車產業是國民經濟的重要支柱產業，也是體現國家競爭力的標志性產業。新能源汽車基于驅動技術的重大轉型，是汽車產業對能源安全、氣候變化和結構升級的重要突破口。近年來，以電動汽車為代表的高新技術領域對鋰離子電池的(de)能量密度、使用壽命提出(chu)(chu)了(le)更高的(de)技術(shu)需(xu)求，亟(ji)需(xu)開(kai)發新(xin)(xin)型(xing)高比(bi)容(rong)電(dian)極(ji)(ji)(ji)材料，解(jie)決續航里程(cheng)焦慮問(wen)題(ti)。硅(gui)負(fu)極(ji)(ji)(ji)理論容(rong)量高達4200mAh/g，十倍于(yu)傳統石墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)，被(bei)認為是新(xin)(xin)一代(dai)高比(bi)能鋰離子電(dian)池負(fu)極(ji)(ji)(ji)的(de)理想(xiang)選擇(ze)。然而硅(gui)負(fu)極(ji)(ji)(ji)在(zai)充放電(dian)過程(cheng)中存(cun)在(zai)著(zhu)巨大的(de)體(ti)積膨脹(zhang)（>300%），由(you)此(ci)出(chu)(chu)現的(de)內應(ying)力易導致硅(gui)顆粒的(de)嚴(yan)重粉化(hua)和界面膜的(de)不穩定，嚴(yan)重阻礙了(le)其實際應(ying)用。設計新(xin)(xin)型(xing)聚合物粘合劑用于(yu)硅(gui)負(fu)極(ji)(ji)(ji)被(bei)認為是一種緩減其體(ti)積膨脹(zhang)、維(wei)持其結構(gou)穩定的(de)有效方法(fa)，受到了(le)研究(jiu)人員的(de)廣泛關注。然而，目(mu)前已報道(dao)粘合劑易在(zai)大應(ying)力下(xia)出(chu)(chu)現分子鏈滑移，引起電(dian)極(ji)(ji)(ji)結構(gou)破壞，最終導致電(dian)池容(rong)量快速衰減。

系數氫鍵粘補劑的體力耗散次序提醒圖

近日，受天然抗疲勞肌聯蛋白高效應力耗散現象啟發，西安交通大學宋江選教授團隊報道了一種梯度氫鍵聚合物粘合劑用于解決高比容硅基負極大體積膨脹導致的應力破壞。研究人員利用具有超支化結構的單寧酸和聚(丙烯酸-co-2-羥乙基丙烯酸酯)構建了具有高效應力耗散功能的水系粘合劑。當應用于硅基負極時，該體系存在的多級氫鍵（-2.88kcalmol-1~-10.04kcalmol-1)可以持續解離，高效地進行能量/應力耗散，從而防止了大應力導致的結構破壞，有效解決硅負極的大體積膨脹問題，顯著提升其循環穩定性。所制備的2AhNCM/Si-C軟包電池700次循環后容量保持(chi)率高達(da)80.2%，有力地證明了(le)該梯(ti)度(du)能(neng)(neng)量耗(hao)(hao)散(san)(san)型(xing)粘(zhan)合(he)(he)(he)劑(ji)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)用性。研究人員進一(yi)步通過(guo)變溫(wen)紅外光譜、核磁(ci)共振等(deng)表征(zheng)方法并結合(he)(he)(he)有限元(yuan)模擬揭示(shi)了(le)梯(ti)度(du)氫鍵的(de)(de)(de)演化和(he)能(neng)(neng)量耗(hao)(hao)散(san)(san)機制。相關(guan)成果發表在(zai)國際(ji)知名期刊《先進材料(liao)(liao)》（AdvancedMaterials）上(shang)，西(xi)安交通大學材料(liao)(liao)學院博士生虎琳(lin)琳(lin)為文章第一(yi)作者。在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)，團(tuan)隊(dui)進一(yi)步基(ji)于動(dong)態二硫鍵的(de)(de)(de)交換用途發展了(le)兼具(ju)自(zi)修復功(gong)(gong)能(neng)(neng)和(he)應力耗(hao)(hao)散(san)(san)功(gong)(gong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)雙功(gong)(gong)能(neng)(neng)聚合(he)(he)(he)物(wu)粘(zhan)合(he)(he)(he)劑(ji)，實(shi)(shi)現硅基(ji)負極(ji)裂(lie)紋的(de)(de)(de)快速自(zi)修復，相關(guan)成果發表在(zai)《先進功(gong)(gong)能(neng)(neng)材料(liao)(liao)》（AdvancedFunctionalMaterials）上(shang)。新型(xing)自(zi)適(shi)應智能(neng)(neng)粘(zhan)合(he)(he)(he)劑(ji)的(de)(de)(de)開發為高比容電(dian)極(ji)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)廣泛應用奠(dian)定了(le)堅實(shi)(shi)基(ji)礎(chu)。

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