摘要：鋰離子電池（LIBs）因其能量密度和輸出功率高以及使用壽命長等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng)域. 正極用聚合物黏結(jié)劑作為LIBs 的重要組成部分，在活性材料顆粒與電極集流體之間提供結(jié)合力，進而促進Li+的擴散，對提高電池循環(huán)性能起著重要的作用. 商用聚偏氟乙烯（PVDF）是目前正極材料中用到的主要黏結(jié)劑，但仍舊存在黏結(jié)性能低和導(dǎo)離子性較差的問題. 聚酰亞胺（PI）具有優(yōu)異的力學性能、黏附強度和良好的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性等優(yōu)勢. 因此，設(shè)計并制備了一種具有磺酰亞胺鋰結(jié)構(gòu)的二胺單體（BAPSI?Li），將其與聯(lián)苯四甲酸二酐（s?BPDA）和4，4'?二氨基二苯醚（ODA）共聚合成了一種導(dǎo)離子型PI 黏結(jié)劑. 研究表明，PI 黏結(jié)劑黏結(jié)性能相比于PVDF 有所提升. 由導(dǎo)離子型PI 黏結(jié)劑制備的LiFePO4（ LFP）電極具有優(yōu)異的電化學性能，在0. 2 C的電流密度下經(jīng)250次循環(huán)后，放電比容量高達158. 19 mA·h·g-1.導(dǎo)離子型PI 黏結(jié)劑與商用PVDF 黏結(jié)劑相比展現(xiàn)了更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性. 這得益于PI 具有良好的黏結(jié)性能，電極能夠在長循環(huán)過程中保持結(jié)構(gòu)完整. 同時，導(dǎo)離子二胺單體的引入有利于促進電極內(nèi)部鋰離子的傳輸.

關(guān)鍵詞：鋰離子電池，黏結(jié)劑，導(dǎo)離子聚合物，聚酰亞胺，LiFePO4電極

中圖分類號：O63 文獻標志碼：A

當今社會對能源的需求日益增長，但傳統(tǒng)化石能源日漸枯竭，且其也導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境問題. 因此，加速發(fā)展可再生清潔能源和先進能量存儲設(shè)備迫在眉睫. 可充電鋰離子電池（LIBs）由于其具有環(huán)境友好、能量密度高、壽命長且成本較低等優(yōu)點，被認為是最有前景的能源存儲系統(tǒng)之一，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大型能量存儲系統(tǒng)等領(lǐng)域［1-4］. 隨著能源存儲設(shè)備的高速發(fā)展，對LIBs 的需求也日益增長.

現(xiàn)有的研究表明，聚合物黏結(jié)劑在鋰離子電池中不僅僅具有黏合活性材料的作用，還對電極的導(dǎo)電性和固體電解質(zhì)界面穩(wěn)定性有貢獻［5-6］.出色的黏結(jié)劑可以在活性材料顆粒與電極集流體之間提供強大的結(jié)合力，還可以在一定程度上促進Li+的擴散. 因此，聚合物黏結(jié)劑對提高電池循環(huán)性能起著重要的作用［7-10］.

聚偏氟乙烯（PVDF）因具有出色的電化學穩(wěn)定性以及抗氧化和抗腐蝕性，是商業(yè)應(yīng)用中最常用的正極黏結(jié)劑. 然而，PVDF 分子鏈間范德華力較弱，力學性能較差，在電解液中容易溶脹［11］，在循環(huán)過程中無法持續(xù)為活性材料提供強黏附力. 此外，由于PVDF 分子結(jié)構(gòu)受限，對導(dǎo)電性和離子傳輸沒有貢獻［12］，導(dǎo)致明顯的極化和倍率性能的降低. 因此，研究人員開始探索制備新型黏結(jié)劑以替代PVDF 黏結(jié)劑［13-14］.

近年來，研究人員對LIBs 的黏結(jié)劑進行了系統(tǒng)的研究. 理想的黏結(jié)劑應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：（1）具有優(yōu)異的黏結(jié)力，防止在充放電過程中電極的分層和剝離；（2）在電極內(nèi)提供連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，形成電子和離子回路，以保持Li+的傳輸并確保有效的電化學反應(yīng)；（3）在嚴苛的內(nèi)部和外部電池環(huán)境下提供化學和熱穩(wěn)定性；（4）優(yōu)異的耐電解液特性，在電解液中不能溶解. 現(xiàn)有的研究主要采用三種黏結(jié)劑開發(fā)策略：第一種是針對商業(yè)應(yīng)用的傳統(tǒng)PVDF 黏結(jié)劑［15］；第二種是具有生態(tài)環(huán)境友好特性的水性黏結(jié)劑［16-17］；第三種聚焦于功能性黏結(jié)劑，如用于克服正極材料結(jié)構(gòu)缺陷的導(dǎo)電性或離子聚合物，此種高效的黏結(jié)劑可以增強導(dǎo)電性和促進離子擴散，從而改善其電化學性能［11-12，18-19］. Shi et al［20］合成了鋰化的聚（全氟烷基磺酰）亞胺（PFSILi）離子聚合物，并與PVDF 混合，作為鋰離子電池LiFePO4 （LFP）正極的黏結(jié)劑. PFSILi 離子聚合物的加入在電極內(nèi)部增加了離子傳輸通道，并在快速充放電過程中防止電解液耗盡. 在4 C 的電流密度下，使用離子黏結(jié)劑的LFP?Li 半電池放電容量和能量密度分別比使用非離子PVDF 黏結(jié)劑的電池在室溫下高出50% 和66%. Huang et al［21］設(shè)計了一種新型水性鋰離子聚合物黏結(jié)劑（PSBA?Li）用于LIBs正極材料. 在鋰化/脫鋰化過程中，PSBA?Li 提供了更多的Li+，增加了導(dǎo)電性，從而改善了電池性能. 經(jīng)過200 次循環(huán)后，基于PSBA?Li 的電池在0. 5，1 和2 C 的電流密度下分別保持了108. 5%，103. 6% 和114. 9% 的容量保持率，而商用PVDF正極在0. 5 C 的電流密度下僅保持了7% 的容量. 上述研究表明，鋰化離子聚合物黏結(jié)劑可以有效提高正極材料的電化學性能.

聚酰亞胺（PI）黏結(jié)劑憑借其熱穩(wěn)定性好、力學性能優(yōu)異、黏附能力強和耐溶劑性成為鋰離子電池黏結(jié)劑的有效候選材料［22-23］. 我們設(shè)計并制備了單體二（4?氨基苯基）磺酰亞胺鋰（BAPSILi），與聯(lián)苯四甲酸二酐（s?BPDA）和4，4'?二氨基二苯醚（ODA）共聚合成了一種導(dǎo)離子型PI 黏結(jié)劑. 將制備得到的新型導(dǎo)離子型PI 黏結(jié)劑應(yīng)用于LFP 電極，調(diào)控所制備PI 黏結(jié)劑中導(dǎo)離子鏈段的含量，進而研究其對電化學性能的影響.