鋰離子電池硅電極新型粘合劑的研究進(jìn)展

王保峰, 汪浩立, 吳寶柱, 邰子陽

(上海電力大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 200090)

鋰離子電池由于其高容量、無記憶效應(yīng)、快速可逆充放電和高庫倫效率等優(yōu)點(diǎn),在電子設(shè)備領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。隨著對鋰離子電池容量和壽命方面的要求越來越高,人們開始將目光聚焦于一些新的高容量電極材料。

硅(Si)是目前所有鋰離子電池負(fù)極材料中理論容量最高(4 200 mAh/g)的一種材料。Si是通過合金化反應(yīng)與鋰(Li)結(jié)合從而獲得極高的容量,所以在鋰離子的嵌入和脫出過程中不會發(fā)生電解質(zhì)溶劑的共嵌入,其電解液有著較大的選擇范圍。另外,相較于碳材料,Si有更高的脫嵌電位,使得其在大倍率下充放電時(shí)可以減少甚至避免Li的析出,從而避免了鋰枝晶的形成,提高了電池的安全性。因此,Si是一種很有潛力的電池負(fù)極材料。

但現(xiàn)階段Si電極主要存在兩個(gè)問題:一是本身的導(dǎo)電性較差;二是在充放電過程中會有較大的體積膨脹。體積膨脹會帶來大量的問題,如電極斷裂、電極材料粉化、活性材料失去電接觸、不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(Solid Electrolyte Interface,SEI)膜以及較大的阻抗等,因此目前對Si電極的研究主要是集中于如何解決Si的體積膨脹問題。

對于Si的體積效應(yīng)所采取的措施,目前大多是將Si材料納米化或者設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的碳硅復(fù)合材料,很少有從粘合劑的角度出發(fā),對Si電極進(jìn)行改善。盡管在實(shí)際應(yīng)用中,粘合劑的用量非常少,但其對于保持電極的機(jī)械完整性和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的完整性起著非常重要的作用[1-2]。……