锂离子电池是柔性电子设备的核心部件，然而，碰撞、弯曲、拉伸、折叠和扭曲等变形可能会导致内部裂纹，裂纹将活性颗粒与导电颗粒、粘结剂以及电极与集流体分离，并最终损坏电池。自愈合粘结剂可以减轻这种机械损伤，并在电池的高倍率充放电和高电压工作过程中改善活性材料颗粒的应力响应，从而提高它们的循环性能。

　　电子科技大学向勇教授团队提出了一种热塑性本征自修复聚合物粘结剂（TISP），TISP是通过丁二醇（2,3-BDO）、丙二醇（1,3-PDO）、琥珀酸（SuA）、癸二酸（SeA）和衣康酸（IA）的聚合获得的，其结构中的羟基和酯基可以与活性颗粒和集流体形成包括氢和离子偶极在内的各种键，从而提高粘附性，其特性包括低玻璃化转变温度（−60℃）、无定形结构和低交联密度，提高了聚合物链在40℃下的迁移率，有助于结构恢复和保持强粘附性。由于其比电解质溶剂具有更高的占据分子轨道（HOMO）水平，在充电过程中，TISP可能比电解质的主要成分优先被氧化，这种分解在正极上产生化学钝化界面，减少了LiCoO2和电解质在高压条件下的副反应。测试表明，使用TISP作为粘结剂的LiCoO2电池在4.5 V下349次循环后容量仍能保持在162.4 mAh g−1，容量保持率为86.5%，此外，在4.5 V下进行349次循环后，对划痕损坏的电极进行加热（40℃，1小时）可以恢复比容量至156.6 mAh g−1，相对于没有任何机械划痕的电池，这种容量恢复约为96%，这表明TISP对高压损坏电极的重要性。相关研究成果以“Self-Healing Binder for High-Voltage Batteries”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

　　便携式电子设备，如植入式诊断和治疗设备、柔性显示器、电子皮肤和智能纺织品，正日益小型化、智能化、轻量化、柔性化。由于柔性电子设备的可穿戴和可植入特性，它们可以在复杂的变形条件下正常工作，如弯曲、折叠和拉伸。然而，锂离子电池是这些设备的核心部件，不同的变形会通过形成内部裂纹而损坏，这些裂纹将活性颗粒与导电颗粒、粘结剂以及电极与集流体分离。此外，在高电压、快速充放电过程中中，电池内部的应力分布不均匀，这种不稳定性会导致活性物质颗粒碎裂。

　　固有的自修复材料不需要外部试剂，利用聚合物中的键合来产生可逆的化学反应。自愈是通过扩散或大分子扩散实现的，包括氢键、静电相互作用、动态金属-配体相互作用和二硫化物交换。固有的自修复聚合物是有利的，作为功能材料，它们具有自修复性能，可以多次使用。

　　粘结剂是连接电极活性材料、导电剂和集流体的主要成分，从而确保电极内部成分的完整性并形成稳定的结构。除了减轻任何机械损伤外，合适的自修复粘结剂还改善了电池在高倍率充放电以及在高电压下工作过程中对活性材料颗粒的应力响应，从而增强循环性能。在柔性锂离子电池中，所使用的固有自愈合粘结剂必须满足性能要求，包括强粘附性、机械性能、热稳定性和电化学稳定性、低毒性和可加工性，很少有人将其用于高电压自修复正极。因此，为了提高柔性锂离子电池的能量密度和循环寿命，需要开发适用于高电压正极的自修复粘结剂。

　　在本研究中，作者以丁二醇、丙二醇、琥珀酸、癸二酸和衣康酸为原料合成了一种新型的固有自愈合聚合物粘结剂（TISP）。TISP表现出优异的粘附性、电化学稳定性和自修复性能，其结构中的羟基和酯基能够与活性颗粒和集流体形成强的氢、离子偶极和其他键，从而产生强烈的粘附性，其低玻璃化转变温度（−60°C）、无定形结构和低交联密度也增强了聚合物链在40°C下的流动性，有助于结构快速恢复和保持强粘附性。以LiCoO2为例，其结构限制和容量瓶颈是许多用于锂离子电池的正极材料面临的共同挑战完美体育。TISP的引入可以通过提高正极材料的结构稳定性、防止有害的相变和减少相关结构损伤，使用TISP作为粘结剂的LiCoO2电极电池在4.5 V下循环349次后容量保持在162.4 mAh g−1，容量保持率为86.5%；通过40°C加热，划痕损坏的电极在349次循环后可逆比容量为156.6 mAh g–1，这证明TISP粘结剂在高电压电极中的实用性，TISP的应用可以推广到各种正极材料，并可能提高正极的结构稳定性和锂离子电池的整体性能。（文：李澍）