锂离子电池硅(Si)基负极材料的理论比容量(4 200 mAh/g)高、嵌脱锂平台较适宜,是一种理想的高容量负极材料。但是在充放电过程中,Si的体积变化达到300%以上,剧烈的体积变化所产生的内应力,容易导致电极粉化、剥落,影响循环稳定性。所以研发使用相应的粘结剂是影响电极结构稳定性的重要因素之一。
2.4 海藻酸钠粘结剂
海藻酸钠的结构与CMC类似,且羧基的排列更有规律。 I. Kovalenko等[20]将海藻酸钠作为粘结剂,用于硅基负极材 料,制备的海藻酸钠/Si电极以4. 2 A/g在0.01 ~ 1.00 V循 环100次,比容量为1 700 mAh/g,优于CMC/Si和PVDF/Si 电极。目前,关于海藻酸钠的报道不多,且与PAA类似,海 藻酸钠的羧基含量较高,存在亲水性较强的问题。
2.5 导电聚合物粘结剂
导电聚合物粘结剂同时具备粘性和导电性,可在保持极 片结构稳定的同时提髙导电性能。G. Liu等[21]将聚(9,9-二 辛基芴-共-芴酮-共-甲基苯甲酸)(PFFOMB )用于硅基负极 材料,制备的PFF0MB/Si电极以C/10在0.01 ~ 1.00 V循环 650次,比容量为2 100 mAh/g。H. Wu等[22]原位合成、制备 的聚苯胺(PAni)/Si电极,以6.0 A/g在0.01 -1.00 V循环 5 000次,比容量仍有550 mAh/g。
2.6 其他粘结剂
除上述粘结剂外,羧甲基壳聚糖、聚丙烯腈(PAN)和 PVA等粘结剂也可用于硅基负极材料。竣甲基壳聚糖/Si电 极以500 mA/g在0. 12 ~ 1. 00 V循环50次,比容量为950 mAh/g[s] ,PAN/Si 电极和 PVA/Si 电极以 C/2 在 0.005 ~[3] 000 V循环50次,比容量均保持在600 mAh/g124-251。虽 然上述粘结剂都可与Si形成强氢键作用、具有良好的循环 稳定性,但与CMC、PAA和海藻酸钠等粘结剂相比,循环稳 定性略差。
粘结剂的研发与应用是提高锂离子电池硅基负极材料 循环稳定性的有效途径之一。应用PVDF改性粘结剂或水 性粘结剂,都能在一定程度上改善硅基负极的循环稳定性和 电化学性能。不同类型的粘结剂各有优缺点,相对而言, PAA、海藻酸钠和导电聚合物粘结剂应用于硅基负极材料时 表现出较好的循环稳定性和电化学性能。