硅负极黏结剂的研究进展

doi:10.7503/cjcu20200680

摘要/Abstract

摘要：

硅材料在锂离子电池负极中具有极高的应用前景, 当前的挑战是其脱锂嵌锂过程中大幅度的体积变化对负极性能的影响. 本文综合评述了黏结剂策略在解决硅材料体积效应问题方面的独特优势, 探讨了硅用黏结剂的发展历程和多功能趋势, 系统总结了硅用黏结剂在提升硅负极电化学性能上的研究进展, 并对未来硅用黏结剂发展的新思路和新方向进行了展望.

关键词: 锂离子电池, 硅负极, 黏结剂, 聚合物, 交联网络

Abstract:

Silicon（Si） holds great promise for lithium ion battery anodes. The significant challenges on Si anodes are the adverse effect of large volume changes upon lithiation and delithiation. This review describes the attractive advantages of the binders in solving the volume effect of Si anodes， and discusses the recent development and multi-functional trends of Si-based binders， eventually summarizes the research progress of the binders in improving the electrochemical performances of Si anodes. Finally， we look forward to new ideas and new directions for the development of binders for Si anode in the future.

Key words: Lithium ion battery, Silicon anode, Binder, Polymer, Cross-linking network

中图分类号:

O646

TrendMD:

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图/表 8

Fig.2 Schematic failure modes of silicon anode during repeated lithiation/delithiation process, including the pulverization of Si particle and fracture of electrode(A) as well as the formation and growth of solid?electrolyte interphase(SEI) on Si surface(B)[34]Copyright 2019, Elsevier.

Fig.3 Chemical structure of sodium alginate(A1), XPS test before(A2) and after(A3) the combination between SA and Si particles[32], representative architecture of anodes consisting of Si particles, 3D highly cross?linked alginate network and embedded carbon additives(B1), galvanostatic discharge?charge profiles(B2) and CV curves(B3)[56](A1―A3) Copyright 2011, American Association for the Advancement of Science; (B1―B3) Copyright 2014, Royal Society of Chemistry.

Fig.4 Cross?linking process of amine and carboxyl groups(A)[101], working mechanism of the PAA?PR binder(B)[108](A) Copyright 2017, Wiley?VCH; (B) Copyright 2017, American Association for the Advancement of Science.

Fig.5 Structural formulas and graphical representations of β?CD polymer(β?CDp) binders and its functionality during lithiation/delithiation of Si(A)[130], mussel?inspired self?healing metallopolymers(B)[142], the proposed reDNA/ALG hybrid binder at Si/carbon interfaces within electrodes(C)[147](A) Copyright 2014, American Chemical Society; (B) Copyright 2019, American Chemical Society;(C) Copyright 2018, Wiley?VCH.

Fig.6 Acrylic acid monomer polymerization process and bonding method(A)[148] and schematic illustration of the Si anode using the hard and soft composite binder(B)[151](A) Copyright 2014, Royal Society of Chemistry; (B) Copyright 2019, Wiley?VCH.

Fig.7 Conductive polymer with dual functionality and the molecular structure of the PF?type conductive polymers(A)[165], schematic illustration for as?prepared PEDOT:PSS/SiNP electrode(B)[182], schema?tic route of the synthesis of PAAA(C)[186](A) Copyright 2018, Wiley?VCH; (B) Copyright 2016, American Chemical Society; (C) Copyright 2018, Elsevier.

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