硅负极中发挥极其关键作用的粘结剂，你知道吗？

在生活中，你可能接触过各种各样的电子产品，那么你可能并不知道它的一些组成部分，比如它可能含有的硅负极，那么接下来让小编带领大家一起学习硅负极。

粘结剂在硅负极中发挥的作用是极其关键的，粘结剂最主要的作用就是提供强粘结力以保持电极结构的完整性，保证锂离子电池的循环充放电的正常进行。

硅(Si)基负极材料的理论比容量(4200 mAh/g)高、嵌脱锂平台较适宜，是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料。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。

大多数的研究中所涉及到的粘结剂主要是两种：PVDF(聚偏二氟乙烯)和 CMC(羧甲基纤维素) 。

在锂离子电池中，粘结剂是影响电极结构稳定性的重要因素之一。根据分散介质的性质，锂离子电池粘结剂可分为以有机溶剂为分散剂的油性粘结剂和以水为分散剂的水性粘结剂。

先说说PVDF，它的分子链简单，柔韧性较好，与硅颗粒之间的作用主要是通过F原子和H原子所形成的弱的范德华力。鉴于这种作用力比较弱，所以在硅颗粒进行嵌锂(对应电池充电过程)体积膨胀至3倍时，这种作用力就会被减弱直至破坏，而多次的循环充放电的后果就是硅颗粒粉碎裂化，此时PVDF没有能力把颗粒聚集在一起，在微观方面颗粒间的电接触减弱甚至消失，直接导致了宏观电池容量的快速衰减。

在锂离子电池的规模化生产中，普遍以PVDF作为粘结剂，有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)等作为分散剂。PVDF具备良好的粘性和电化学稳定性，但电子和离子导电性较差，有机溶剂易挥发、易燃易爆且毒性大;而且PVDF只以弱 范德华力与硅基负极材料相连，不能适应Si剧烈的体积变化。传统型PVDF并不适用于硅基负极材料。

再说CMC，它是纤维素的衍生物，分子链中含有刚性的六元杂环，柔韧性较差，如上图所示。大多数的研究发现，使用刚性分子链结构的CMC却可以得到更好的容量保持率。这个结果似乎不太好理解，正常来讲具有柔韧性好的粘结剂拥有更大的形变程度，因此在承接硅颗粒膨胀和保持硅负极结构完整性方面应该略胜一筹才对。

SBR/CMC具有良好的粘弹性和分散性，已广泛用于石墨类负极的规模化生产中。W.R Liu等发现，(SBR/CMC)/Si电极可在1000 mAh/g恒容量充放电循环(0~1.2 V)60次，电化学性能优于PVDF/Si电极，但60次循环并不能充分说明循环稳定性。

右上图显示的是三种本体膜即CMC膜、PVDf膜和SBR-CMC膜各自对应的应力-应变曲线。从图中可以看出，本体CMC膜是比较脆性的，断裂伸长率仅为5-8%，相对于Si颗粒最大300%的体积变化简直是杯水车薪。而即便有弹性超好的SBR(丁苯橡胶)为其助阵，其断裂伸长率也还是在13%以下，而同样条件下PVDF则可以达到20%以上。尽管PVDf的断裂伸长率远高于CMC，但是在循环充放电曲线中却看不到有任何优势，反而是使用CMC的循环稳定性最佳。

相信通过阅读上面的内容，大家对硅负极有了初步的了解，同时也希望大家在学习过程中，做好总结，这样才能不断提升自己的设计水平。