张健华,张 伟,余章龙,史碧梦,杨娟玉

(1 有研科技集团有限公司 国家动力电池创新中心,北京 100088；2 国联汽车动力电池研究院有限责任公司,北京 100088；3 北京有色金属研究总院,北京 100088)

电动汽车的飞速发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求，比容量高、倍率性能好、循环寿命长的新一代锂离子电池的开发迫在眉睫[1]。目前商业化锂离子电池的负极以石墨类碳材料构成，但是石墨的理论比容量(372 mAh·g-1)较低、容易析锂等问题限制了锂离子电池的进一步发展[2]。硅材料由于具有很高的理论比容量(完全嵌锂形成的Li22Si5合金理论比容量为4200 mAh·g-1)，并且嵌锂电位适中(≈0.45 VvsLi/Li+)、储量丰富，被认为是下一代锂离子电池的关键负极材料[3]。然而硅负极材料在脱嵌锂过程中会产生300%～400%的体积变化，造成活性物质颗粒的破碎和粉化、电极结构破坏、固体电解质膜(solid-electrolyte interphase，SEI)不断增长等问题[4-5]，最终导致硅负极容量快速衰减。

为解决上述问题，研究者对硅负极材料进行了改性研究，开发了多种纳米硅[6-8]以及硅基复合材料[9-11]。这些方法一定程度上缓解了硅材料体积变化造成的问题。除活性物质外，锂离子电池电极中的导电添加剂、黏结剂等非活性成分对电极性能同样起着至关重要的作用[12]。黏结剂在电极中的作用是将电极材料和集流体连接在一起，形成完整的导电网络，维持电极结构稳定[13]。虽然黏结剂在电极中的占比较小，但是却直接影响着电极的循环稳定性。目前商业化锂离子电池中常用的黏结剂是聚偏氟乙烯(PVDF)，但是其仅能在体积变化较小的电极中发挥作用，应用于体积膨胀剧烈的硅负极时容量衰减严重。……