丁赵波,罗 英,刘 雯,解晶莹

(上海空间电源研究所空间电源技术国家重点实验室,上海 200245)

目前,先进储能器件的应用面临很多技术困境和挑战。在电池充放电过程中,电极材料存在体积膨胀收缩的问题,特别是硅、硫等高比容量电极材料,体积效应更明显。电极材料剧烈的体积变化,会造成活性颗粒内部应力应变增加,材料表面易形成微裂纹,甚至颗粒粉碎,从而影响储能器件的性能,缩短使用寿命。此外,为满足可穿戴智能电子设备的应用需求,储能器件应具有抵抗碰撞、弯曲、折叠、拉伸和刺穿等复杂形变的能力[1-2]。这些形变易造成储能器件内部损伤,引发内部微短路,降低储能器件的电化学性能,甚至导致器件自燃或爆炸等安全事故。器件内部产生的微裂纹问题不易观测和修复,受自然界生物系统在受损后可自我修复的启发,研究者在将自修复材料应用于下一代储能器件方面开展了大量工作。

本文作者首先阐述自修复材料涉及的外援型和本征型两种自修复机理和修复模型;然后重点介绍基于本征型自修复机理的自修复材料在储能器件中作为电极黏结剂、聚合物电解质、集流体、电极涂层和液态金属电极等方面的研究进展;最后总结自修复材料在储能器件应用中所面临的困境和挑战,以及今后的发展趋势。

1 自修复机理

涉及储能器件领域的自修复材料多为高分子。以高分子材料为例,根据自修复机理的不同,自修复材料主要可分为外援型和本征型两种[3]。……