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硅基负极由于其高比容量，成为业内普遍认可的下一代锂离子电池负极材料。然而，硅在充放电过程中体积会发生巨大的变化，导致负极结构的破坏和电池能量密度的快速衰减，限制了其实际应用。 使用具有强粘附力的粘结剂可以有效控制体积膨胀，保持电极结构的稳定，成为改善硅基负极性能的有效措施。本文将介绍粘结剂在硅基负极中的重要作用，以及几种常用的粘结剂体系。 1 粘结剂在电池生产中的角色和影响 粘结剂是锂离子电池中重要的组成部分，对电池电化学性能有重要影响。电池极片制造工艺，可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。极片制造工艺直接影响电池性能，而电池浆料的制备是极片制造的基础，因此电池浆料的优劣对电池的电化学性能有重要影响。 电池电极浆料通常包括活性物质、导电剂、溶剂和粘结剂，粘结剂在其中将活性物质与集流体、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂之间粘结起来，主要作用有以下三点： 提供稳定性，维持正负极活性材料在充放电过程中结构稳定； 降低电池内阻； 改善电解液的润浸性，促进锂离子在电极到电解液的界面传输。 2 硅基负极的固有问题和解决方案 硅基负极虽然有远超石墨的理论比容量，但是有两个重大问题限制了技术的推广使用。 首先，硅基负极材料在脱嵌锂过程中会产生巨大的体积膨胀。硅的膨胀率为300%，而石墨的膨胀率仅为12%左右。材料膨胀产生的应力导致材料颗粒粉化、电接触不良、电极结构崩塌等问题，进而导致性能快速衰减。 其次是硅与电解液在固液界面上的副反应。硅材料与电解液中的六氟磷酸锂会大量反应，生成过厚且导电性差的SEI膜，消耗活性锂，降低电导率；同时SEI膜反复破碎和持续生成，会进一步造成活性锂的消耗。 为解决以上问题，企业和科研机构开发了多种解决方案，主要思路有以下几种。 （1）活性材料的改性与复合： 使用纳米硅材料以减小膨胀影响 使用碳包覆以隔离硅与电解液的接触 硅-多孔碳复合以适应膨胀 使用氧化亚硅活性材料。 （2）使用电解质添加剂：如氟代乙烯碳酸酯（FEC）能优先形成稳定致密的SEI层，延长电池寿命。 （3）选取合适的粘结剂：通过选择合适的粘结剂，可以减少负极体积膨胀，保持电极结构的稳定性。 3 硅基负极粘结剂的具体应用 （1）聚偏二氟乙烯（PVDF）及改性粘结剂 目前在锂电池的大规模生产中, PVDF是常用的粘结剂。其具备良好的机械强度和电化学稳定性，但是PVDF只以较弱的范德华力与活性材料相连，对于硅基负极来说，不能适应其剧烈的体积变化，因此传统的PVDF并不能应用于硅基负极材料。 为改善PVDF应用于硅基负极材料的电化学性能，有学者提出一些改性方法，例如使用偏二氟乙烯与四氟乙烯和乙烯共聚，或在氩气保护下进行热处理，均可在一定程度上改善其粘弹性，循环性能有所改善但是仍不够理想。 （2）聚丙烯酸（PAA）粘结剂 PAA具有丰富的官能团，可以与硅颗粒表面的羟基形成氢键，增强活性材料与粘结剂之间的相互作用，粘结力强，对电池循环性能有明显改善。 PAA的缺点是自身的链较为脆弱，在充放电过程中容易断裂，所以需要在其原始结构的基础上进行改性或与其他材料结合，构造软硬结合、自愈合等结构特性，或合成三维结构的聚合物等，以缓解硅体积变化产生的应力。总体来看，PAA类聚合物在硅基负极方面有较好的应用前景。 （3）羧甲基纤维素钠（CMC）基粘结剂 CMC的羧甲基可通过共价键或氢键与硅相连，连接力较强，同时CMC可在硅表面形成包覆，抑制电解液与硅的副反应的分解。 但是CMC的粘性一般且柔顺性差，充放电时分子链容易断裂，使极片产生龟裂，因此还需要对其进行进一步研究和改进，例如与其他物质交联或复合使用。 （4）海藻酸钠基粘结剂 海藻酸钠是一种天然多糖，结构与CMC类似，但是其聚合物链中的羧基均匀分布的程度要优于CMC，并可以在聚合物链和硅颗粒之间形成氢键和离子偶极作用。作为硅负极粘结剂时，海藻酸钠的需求量也比CMC更少，可以增加硅材料的负载量，提高电极的比容量，在发展高比能量锂离子电池时，具有较大的潜力和优势。 （5）导电类粘结剂 导电粘结剂不仅保证了电极的导电性，而且减少了导电剂的加入，降低成本。导电粘结剂一般易于在活性材料表面形成类似于SEI的膜，减少电极表面电解液的副反应，降低电极内阻，有效提高电极的循环能力和倍率性能，对硅基负极来说是非常有前景的方向。 目前对导电类粘结剂的开发处于较为早期的阶段，材料体系多样，学术界对聚苯乙烯苯磺酸(PSS)、聚苯胺(PANI)-聚丙烯酸(PAA)-植酸复合、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）-聚丁二烯(PB)导电聚合物等多种体系均有探索。 （6）其他天然聚合物粘结剂 除上述粘结剂外,具有多极性基团（-COOH，-OH）的天然聚合物粘合剂，例如壳聚糖、环糊精、瓜尔胶等粘结剂能与硅颗粒表面形成氢键相互作用，部分黏结剂本身也具有一定的弹性，可以缓解硅的体积变化，提高电极的电化学性能，同时这些材料成本低廉、环境友好，是有潜力的粘结剂材料。不过与PAA、CMC和海藻酸钠等粘结剂相比，其循环稳定性略差。 石大胜华在硅基负极领域拥有硅氧负极SH-P01、硅氧负极SH-H02、硅碳负极SH-S01、硅碳负极SH-S02四款产品。公司本着“科技服务科学、科技服务品质”的宗旨，不断提高技术能力和产品品质，为消费者对产品不断提高的性能需求服务。

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