正极

因此，如图2所示，理想的正极黏结剂应当具备以下特征：①强粘结力与柔韧性，能够抵御循环中的应力变化；

正极黏结剂的发展正聚焦于提升热安全性和适配全固态体系两大方向(如图7)。

清华大学核研院何向明等综述：锂离子电池正极粘结剂的挑战和机遇清华大学核研院何向明等综述：锂离子电池正极粘结剂的挑战和机遇精选

II正极粘结剂需求

I传统正极粘结剂PVDF的局限性

VII正极粘结剂的未来发展趋势

传统正极粘结剂PVDF的局限性。

分析正极粘结剂的未来发展趋势，突出其在热安全性与全固态体系中所面临的挑战与机遇。

因此，亟需对PVDF的性能进行优化，或开发能够替代的正极粘结剂。

正极粘结剂发展趋势。

正极粘结剂可持续性提升策略。

正极粘结剂机械性能提升策略。

正极粘结剂需求。

清华大学核研院何向明等人系统梳理了正极粘结剂在磷酸铁锂(LFP)和过渡金属氧化物体系中的应用现状与不足，分析了其在机械稳定性、导电性、热稳定性和环境友好性方面的功能需求。

整体而言，水系与干法策略为电池制造与回收提供了环保可行的路径，但在兼顾过渡金属正极的稳定性与高性能方面仍需深入探索。

正极稳定性直接关系到锂离子电池的性能与安全性，而传统PVDF黏结剂存在热稳定性和化学稳定性不足的问题。

(c,d)氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)过程的吉布斯自由能变化曲线：(c)rac-Co₃O₄NS/CP和(d)R-Co₃O₄NS/CP正极材料上的反应路径能量分布。

(e)R-Co₃O₄NS/CP正极表面不同吸附态的优化几何构型：(i)裸表面，(ii)LiO₂*吸附态，以及(iii)Li₂O₂*吸附态。

(e,f)在放电(DC)5小时后收集的CP、rac-Co₃O₄NS/CP和R-Co₃O₄NS/CP正极的1HNMR光谱，其中(e)甲酸盐区域(f)乙酸盐区域。

该研究表明，将CISS效应引入锂氧电池正极能够显著提升电池性能和循环寿命。

正如预期，KNVO-C₃N₄正极在室温下表现出优异的倍率性能、出色的长循环稳定性以及高功率/能量密度。

进一步通过原位表征技术(XRD、Raman、XPS、SEM和TEM)揭示了KNVO-C₃N₄正极的Zn2⁺储存机制，展示了其在充放电过程中的优异结构稳定性与可逆性。

KNVO-C₃N₄正极在V⁵⁺/V⁴⁺和V⁴⁺/V3⁺氧化还原对上表现出更小的电压间隙，表明K⁺与C₃N₄的共嵌入增强了离子扩散和氧化还原反应动力学。

a基于NVO、KNVO、NVO-C₃N₄和KNVO-C₃N₄正极的自放电测试。

dKNVO-C₃N₄正极的倍率性能与文献对比。

eKNVO-C₃N₄正极的Ragone图与文献对比。

具有CBPL的纳米复合正极(NiCo-P1.0正极)在1C的电流密度下具有286.64mAhg⁻1的高容量和优异的倍率性能(在40C时容量保持率高达72.22%)。

IIINiCo-P1.0正极的储能机制

I具有CBPL的NiCo-P1.0正极的制备

之后在充放电过程中选择了五个不同的充放电阶段(图4b)，通过非原位XRD(图4c，图S20)和XPS(图4d-e，图S21)证明了NiCo-P1.0正极的储能机制仍由Ni(OH)₂/Co(OH)₂的氧化还原反应主导，该反应在整个充放电过程中发生，但主要集中于较高电压下。

之后通过TEM、HRTEM等研究了NiCo-P1.0正极的微观形貌与结构(图1b-d，图S5-图S9)，结果表明NiCo-P1.0正极为核壳结构，其中壳为由Ni₂P/Co₂P构成的CBPL，核为NiCo-LDH，两者之间形成了大面积的异质结构。

具体而言，CBPL具有高导电性和反应活性、能与NiCo-LDH协同反应、并且与内部NiCo-LDH形成了大面积的异质结构，最大程度上优化了电极的电子结构和表面活性，使得NiCo-P1.0正极具备最优的电子电导和最大的反应深度，从而实现了最快的电子输运和最大的能量供给。

四川大学何亮等人通过可控的阴离子交换策略在镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDH)骨架上构筑了临界双金属磷化层(CBPL)，从而制备了一种新型纳米复合正极(NiCo-P1.0正极，1.0表示Na₂H₂PO₂与NiCo-LDH的质量比)。

基于NiCo-P1.0正极的活性物质负载，NiCo-P1.0//Zn电池具有503.62Whkg⁻1和18.62kWkg⁻1的高能量密度和高功率密度，与其它典型镍锌电池相比具有明显的竞争力(图5e)。

得益于双功能的CBPL，NiCo-P1.0正极在1C(1C=289mAhg⁻1)的电流密度下具有286.64mAhg⁻1的最佳容量，并且具有出色的倍率性能(在40C时容量保持率高达72.22%)。

最终给出了NiCo-P1.0正极的储能机制示意图(图4f)。

结果表明，NiCo-P1.0正极中低压区为Ni₂P/Co₂P的电极反应，高压区为Ni(OH)₂/Co(OH)₂的电极反应，二者均受离子扩散与电容型反应机制的共同影响，最终NiCo-P1.0正极在低扫描速率下表现出电池型储能行为，高扫描速率下表现出电容型储能性能。

至此，结合正极的物相组成、结构、电化学性能和DFT结果，证明了CBPL通过平衡正极的比表面积、正极中活性且高导电性Ni₂P/Co₂P的含量以及正极整体活性物质含量等赋予了NiCo-P1.0正极最佳的电化学性能。

这一过程阐述了不同程度BPL对正极物相组成和结构的影响，强调了具有CBPL的NiCo-P1.0正极的核壳结构。

通过DFT理论计算、非原位XRD和XPS研究了NiCo-P1.0正极的储能机制。

通过不同正极在1mVs⁻1扫描速率下的CV曲线和1C电流密度下的GCD曲线(图3a、图3b和图S10)可以得知，BPL为NiCo-Px(其中x=0.5,1.0,1.5,2.0)正极在低压区带来了新的电极反应，提高了复合正极的容量，并且CBPL使得NiCo-P1.0正极的容量最大。

SCS-6正极在不同充放电状态下的原位XPS光谱：aZn元素；

gSCS-6正极在不同pH的HCF₃SO₃电解液中0.2Ag⁻1下的恒电流充放电曲线。

hSCS-6正极在0.5MZn(CF₃SO₃)₂/乙腈溶液中0.2Ag⁻1下的恒电流充放电曲线。

在不同扫描速率(2、5、10、20、50、100和200mVs⁻1)下，SCS-6正极始终表现出最高的电容贡献率，为54–95%(图4g)，同时仅有微弱的扩散控制贡献(图4h)。

此外，当使用0.5MZn(CF₃SO₃)₂-乙腈溶液作为电解液时，由于电化学过程中排除了H⁺的参与，SCS-6正极在0.2Ag⁻1下的比容量为190mAhg⁻1，低于水系Zn(CF₃SO₃)₂电解液下的容量(图5h)。

相比之下，对应CF₃SO₃⁻离子的S元素峰强在充放电过程中表现出相反的变化趋势(图5b)，表明CF₃SO₃⁻离子在充电时吸附于SCS-6正极，在放电时解吸。

这一系列反应凸显了H⁺在SCS-6正极通过化学解吸实现能量存储中的关键作用。

随着水分解及OH⁻消耗，形成Zn(CF₃SO₃)[Zn(OH)₂]₃·xH₂O，研究H⁺在SCS-6正极Zn2⁺储存中的作用显得尤为重要。

著有《锂离子电池正极材料规模化生产技术》、《聚合物性能与结构》、《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》、《锂离子电池模组设计手册》等专著。

阐明粘结剂在电极寿命与性能中的关键但常被忽视的作用，重点讨论其在正极材料中的意义及优化策略。

为解决这一问题，研究提出了多种稳定性增强策略：包括开发具备优异热化学稳定性的新型黏结剂、在PVDF或电解液中引入稳定添加剂、通过表面改性提升正极材料与黏结剂的兼容性、利用交联体系构建三维网络增强机械强度，以及探索聚合物-无机杂化黏结剂等方案。

其较差的热稳定性也限制了在正极材料中的进一步应用。

如图1所示，粘结剂在粘附正极材料、保障电池性能方面具有关键作用。

文章针对LFP与过渡金属氧化物是目前商业化锂离子电池的两大关键正极材料粘结剂进行综述。

锂离子电池中传统PVDF黏结剂与正极材料主要依赖范德华力作用，其结合力较弱，导致在循环过程中易出现机械性能不足的问题，如拉伸强度低、柔韧性差、颗粒脱落和电极开裂。

正极的电化学性能高度依赖于电子与锂离子在电极内部的传输效率，而传统PVDF黏结剂由于电子绝缘性和离子导电性差，严重限制了正极容量和倍率性能的发挥。

此外，其粘附主要依赖于范德华力，在循环过程中电极体积变化时容易被破坏，导致结构损伤和正极容量衰减。

引入离子液体或多功能高分子黏结剂可在正极表面形成致密保护层，有效减缓电解液分解与副反应。

在锂离子电池正极制备中，黏结剂的可持续性对环境与经济效益具有决定性意义。

如图1所示，粘结剂在粘附正极材料、保障电池性能方面具有关键作用。