隨著先進材料和全電氣化電動車應用發(fā)展對電池需求的提升，鋰離子電池的能量密度也在不斷提高；硅材料由于其優(yōu)異的比容量而成為一種理想的負極材料。在充放電循環(huán)過程中，硅負極存在明顯的體積變化導致電極材料破碎并形成不穩(wěn)定的電極-電解質(zhì)界面，因而電極的循環(huán)壽命受到限制。最近，研究發(fā)現(xiàn)電極材料中粘結(jié)劑的使用有助于大幅度提高電極的循環(huán)壽命，但是傳統(tǒng)的PVDF粘結(jié)劑與硅或銅集流體僅依靠微弱的范德華力結(jié)合而不適用于硅負極材料。

　　【成果簡介】

　　北京時間2017年7月21日，韓國科學技術(shù)院(KAIST)的AliCoskun和JangWookChoi(共同通訊)等人以“Highlyelasticbindersintegratingpolyrotaxanesforsiliconmicroparticleanodesinlithiumionbatteries”為題在Science上發(fā)表文章報道了一種高彈性的粘結(jié)劑，通過形成酯鍵使傳統(tǒng)粘結(jié)劑PAA與多聚輪烷環(huán)組分交聯(lián)結(jié)合得到具有特殊結(jié)構(gòu)的雙組分PR-PAA粘結(jié)劑，很大程度上提高了硅負極在充放電過程中的穩(wěn)定性。

　　【圖文簡介】

　　圖一SiMP負極PR-PAA粘結(jié)劑的應力釋放機理

　　a)減小提起物體用力的滑輪機理；

　　b)PR-PAA粘結(jié)劑用于緩解因硅顆粒充放電過程中體積變化而產(chǎn)生的應力示意圖；

　　c)充放電過程中PAA-SiMP電極破碎和產(chǎn)生SEI膜的示意圖。

　　圖二PR-PAA粘結(jié)劑的機械性能

　　a)三種典型模型的應力-應變行為；

　　b)PR-PAA和PAA薄膜應力-應變曲線的對比和PR-PAA粘結(jié)劑三個應變點處的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖；

　　c)在不同的應變極限下，PR-PAA10次拉伸-回復循環(huán)的應力-應變曲線。

　　圖三使用PR-PAA和PAA粘結(jié)劑的SiMP電極電化學性能

　　a)兩種粘結(jié)劑電極的首次充放電性能測試；

　　b)兩種粘結(jié)劑電極的放電容量保持率測試；

　　c)在0.2C和0.4C下測試PR-PAA-SiMP電極的放電容量保持率和庫倫效率；

　　d)在0.03C下，SiMP-LiNi0.8Co0.15Al0.05O2全電池的首次充放電測試；

　　e)在0.2C下，SiMP-LiNi0.8Co0.15Al0.05O2全電池的循環(huán)性能和庫倫效率。

　　圖四SiMP負極循環(huán)前后的非原位SEM表征

　　a,b)PR-PAA-SiMP和PAA-SiMP電極循環(huán)前的截面SEM圖像；

　　c,d)PR-PAA-SiMP和PAA-SiMP電極循環(huán)10圈后的截面SEM圖像；

　　e,f)PR-PAA-SiMP和PAA-SiMP電極循環(huán)10圈后的俯視SEM圖像。