锂电池性能逐步突破

硅负极在电池行业引起了极大的关注。与使用石墨负极的锂离子电池相比，它们可以提供3-5倍的容量。更大的容量意味着每次充电后电池的续航时间更长，可以显着延长电动汽车的行驶距离。尽管硅储量丰富且价格低廉，但硅负极的充放电循环次数有限。在每一次充放电循环中，它们的体积都会大大膨胀，甚至电容会下降，从而导致电极颗粒的断裂或电极膜的分层。

由 Jang Wook Choi 教授和 Ali Coskun 教授领导的 KAIST 团队于 7 月 20 日报告了一种用于大容量硅阳极锂离子电池的分子滑轮粘合剂。

KAIST 团队将分子滑轮（称为聚轮烷）集成到电池电极粘合剂中，包括在电池电极中添加聚合物以将电极连接到金属基板上。聚轮烷中的环被拧入聚合物骨架中，可以沿着骨架自由移动。

聚轮烷中的环可以随着硅颗粒的体积变化而自由移动。环的滑动可以有效地保持硅颗粒的形状，使其在连续的体积变化过程中不会解体。值得注意的是，由于聚旋转烷粘合剂的高弹性，即使压碎的硅颗粒也可以保持聚结。新型粘合剂的功能与现有粘合剂（通常是简单的线性聚合物）形成鲜明对比。现有的粘合剂弹性有限，因此不能牢固地保持颗粒形状。以前的粘合剂会分散粉碎的颗粒，降低甚至失去硅电极的容量。

笔者认为，这是基础研究重要性的极好体现。聚轮烷去年因“机械键”概念获得诺贝尔奖。“机械键合”是一个新定义的概念，可以添加到经典的化学键中，例如共价键、离子键、配位键和金属键。长期的基础研究正以意想不到的速度逐步解决电池技术长期存在的挑战。作者还提到，他们目前正在与一家大型电池制造商合作，将他们的分子滑轮集成到实际的电池产品中。

西北大学 2006 年诺贝尔化学奖获得者 Fraser Stoddart 爵士补充说：“机械键在储能环境中首次恢复。KAIST 团队巧妙地在滑环聚轮烷和功能化 α-环糊精螺旋聚乙烯中使用了机械粘合剂乙二醇，标志着市场上锂离子电池性能的突破，当带轮状聚集体与机械粘合剂复合物取代传统材料时只有一个化学键，这将对材料和设备的性能产生重大影响。