众所周知，黏结剂是影响Si基负极材料电化学性能的另一个关键因素。黏结剂的选择与调控可减轻Si颗粒粉化，稳定电极材料与电解液的固液界面，保证电极的物理完整性和电传输。 Si基负极的黏结剂需要具备以下特征：

（1）极性基团（如—OH），存在于黏结剂的分支链上，可以在活性材料、导电剂和集流体之间提供强黏附力和拉伸力；

（2）出色的机械性能、超分子相互作用和足够的锚点以形成一个强大的网络骨架；

（3）对电子和离子的传输没有阻碍，甚至一定程度上具有导电性；

（4）活性材料和导电剂需要均匀地分布和混合于黏结剂；

（5）合成过程廉价、温和，环境友好，使用安全。

通常用于商业化锂离子电池的黏结剂是聚偏二氟乙烯（PVDF）和羧甲基纤维素钠（CMC）等。然而它们不足以在循环过程中保持Si电极的完整性，因此循环稳定性有很大的提升空间（经过30次循环，使用PVDF黏结剂的电极放电比容量为316 mA·h/g，容量保持率仅为34. 7%，使用CMC黏结剂的电极容量为381 mA·h/g，容量保持率仅为39. 3%）。

如下图所示，相比于CMC，采用聚丙烯酸（PAA）作为黏结剂的负极表现出更高的容量保持率。 然而PAA黏结剂会发生热降解，电极结构热解将导致电极结构不完整，因此，需要进一步改进PAA黏结剂. PAA/PVA混合黏结剂表现出了更高的硬度和黏附强度，同时相比于未经改进的PAA（240 mA/g保持38次，400 mA/g保持25次），具有更好的电化学表现（240 mA/g保持100次，400 mA/g保持40次）。

除了这些传统的黏结剂外，一些针对Si负极设计的黏结剂也表现出优异的性能. 一种由邻苯二酚、聚苯胺（PANI）和聚吡咯（PPy）导电水凝胶结合剂组成的仿生侧链导电聚合物-热解N掺杂聚丙烯腈黏结剂网络，具有与PAA黏结剂相似的附着力和优越的电化学性能. 聚3，4-乙烯二氧噻吩@聚苯乙烯磺酸（PEDOT@PSS）导电聚合物黏结剂和木质素衍生的水溶性黏合剂（木质素接枝聚丙烯酸钠，PALNaPAA）相比于CMC，可以显著地适应Si负极巨大的体积膨胀并保持出色的电化学性能(在电流密度1. 0 A/g下循环500次，容量超过2000 mA·h/g，在840 mA/g下循环100次，容量保持1914 mA·h/g)。

硅基负极材料黏结剂的发展方向不仅局限于与硅表面发生氢键键合，同时也趋于多功能化. 通过设计黏结剂分子组成与结构，可以提升黏结剂的导电性、导锂离子性或起到补锂的作用. Liu等设计了聚（9，9-二辛基芴-共-樟脑酮-甲基苯甲酸）黏结剂，导电率达到10−6 S/cm，与绝缘性的传统黏结剂（如PVDF）相比，导电性得到了很大提升. Wen等开发了一种含锂氟化亚胺基团（SPEEK-PSI-Li和PSU-PSI-Li）黏结剂，在电流密度400 mA/g时循环50次后比容量仍高于2000 mA·h/g。Li等将部分锂化的聚丙烯酸锂、部分锂化的Nafion通过氢键作用构建了三功能网络黏合剂（N-P-LiPN），最高初始库仑效率达到93. 18%.

基于已有的研究成果，Si基黏结剂的设计原则如下：

（1）合理利用中心功能基团，在活性物质和电解液的界面形成均质保护包覆层，缓解SEI层不稳定带来的问题，同时与Si颗粒发生强相互作用，增加锚点以产生自愈性；

（2）调制复杂体系结构，包括分支结构、接枝结构和网络结构等，以分散由Si产生巨大体积膨胀所带来的压力，同时促进电子和锂离子的传输；

（3）通过减少黏结剂成分满足高能量密度的同时，考虑导电性，增大活性材料的占比；

（4）负极材料和黏结剂协同设计，提高电池的总体表现，开发与硅碳成分相互作用的理想黏结剂。

来源：胶界隆重推荐您关注2023年3月6日-7日在深圳举办的“2022（第一届）锂电池用胶粘材料技术与应用创新论坛” （点击图片了解更多详情）：论坛报告、发言单位及专家

本次论坛一经推出，即受到锂电池用胶产业尤其是锂电池终端用胶企业的高度关注和热烈欢迎， 宁德时代、弗迪、欣旺达、蜂巢能源、亿纬锂能、比克、光宇电源、恒大新能源、卓能新能源、欣动能源、华宝新能源、诺信通讯设备、深澜动力、新能安、特斯拉、比亚迪及巴斯夫、3M、赢创、瀚森、万华、天赐、回天、德邦、天洋、之江、白云、长兴、蓝海黑石、茵地乐、中科院宁波材料研究所、上海大学等锂电池用胶产业220+代表已报名。