粘结剂的选择在锂/钠离子电池(LIB/SIB)电极的电化学性能提升中具有至关重要的作用。传统的PVDF粘结剂是一种惰性聚合物,缺乏传导Li⁺/Na⁺离子的能力,无法有效促进离子的迁移。这一局限性成为了实现高比容量、快速充电和长循环寿命的瓶颈。
研究者合成了一种新型水溶性富咪唑功能化的聚离子液体,即聚富马酸 1-烯丙基-3-甲基咪唑盐(PMAI),并将其作为LIB/SIB中的粘结剂。实验表明基于PMAI负极的半电池在电化学性能方面表现优异,其容量更高(LIB在1 C电流密度下为297 mAhg−1,SIB在60 mAg−1下为250 mAhg−1),且循环稳定性较好(LIB在750次循环后容量保持率为80%;SIB在200次循环后容量保持率为96%)。此外,PMAI/Gr(石墨)的放电容量在5C下达到85 mAhg−1,明显高于PVDF/Gr的47 mAhg−1。在不同电流密度下,含有PMAI的电极显示出比PVDF粘结剂更好的倍率性能。其较高的离子扩散系数、较低的电阻和去溶剂化的活化能,归因于聚合物链上密集的极性离子液体基团以及通过粘结剂还原形成的功能化SEI膜。新型PMAI粘结剂的设计及全电池测试结果证实了其在二次离子电池应用中的潜力。