Page 31 - 《精细化工》2020年第11期
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第 11 期 杨纪元，等: 锂离子电池硅负极粘结材料的研究进展 ·2177·
粘结剂，如图 3a 所示。接枝聚合物粘结剂分子链上 时测试了使用 CMC、PAA 以及 NaPAA-g-CMC 粘结
的支化结构，提供了更多的接触点，如图 3b 所示， 剂的电池在循环 100 圈后的容量保持率，分别为
增强了电极组分间的黏附性，利于薄而稳定的 SEI 39.0%、43.0%和 45.5%，测试结果表明，PAA 与 CMC
膜的形成，并且可灵活适应硅颗粒的体积变化。同 的接枝共聚物可以提高电池的循环稳定性。
图 3 NaPAA-g-CMC 粘结剂合成路线及作用原理图 [45]
Fig. 3 Synthetic route and principle diagram of NaPAA-g-CMC binder [45]
3.2.2 嵌段共聚物 量 1609 mA·h/g。
嵌段共聚物是将两种及以上不同性质的聚合 嵌段共聚物中各单体分布更加均匀，因此，粘结剂
物链段共聚连在一起制备而成的特殊结构聚合物， 与硅颗粒之间的接触点更加分散，从而增强了黏附性。
特定结构的嵌段聚合物会表现出与简单线型聚合 3.2.3 无规共聚物
物、无规共聚物、均聚物等不同的性质，赋予粘结 由两种及以上单体通过自由基聚合，得到两种
剂特殊功能，能够满足高性能锂离子电池粘结剂的 单体单元序列长度均呈无规则分布的聚合物称为无
特殊要求。 规共聚物。无规共聚物的分子结构不确定，单体单
XIE 等 [46] 通过 RAFT 聚合方法，在溶液中依次 元任意排列，也会表现出一些优异性能。
加入聚乙二醇、甲基醚丙烯酸酯（mPEGA）和正丁 FENG 等 [49] 处理了 PAA 与 CMC 的混合物得到
基丙烯酸酯（ BA ）合成了双嵌段聚合物 的无规共聚物（PAA-co-CMC），增强电极组分之间的
（PmPEGA-b-PBA），并成功用于硅负极。YU 等 [47] 粘结性，在 0.5 C 下循环 500 次后容量为 1353 mA·h/g，
报道了将丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）的无规 提高了电池循环稳定性。LEE 等 [50] 采用壳聚糖与天
嵌段共聚物 PAA-b-PAM 接枝在 CMC 骨架上。AA 然橡胶为原料聚合得到无规共聚物。电化学性能测
与 AM 的交替排列，使分子链上的羧基、羟基、氨 试结果显示，电池在大倍率 8 A/g 下循环 1600 圈，
基等均匀分布，利于分子链间相互交联形成 3D 网 容量保持在 1350 mA·h/g 以上；在 1 A/g 倍率下循环
状结构。与接枝共聚物 PAA-g-CMC 相比，对硅颗 500 圈，容量保持在 2310 mA·h/g 以上，电池的循
粒的束缚作用力增强，电池在经过 150 次循环后， 环稳定性优异。URBANSKI 等 [51] 也同样制备了聚乙
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电极负载为 0.75 mg/cm ，容量为 1210.7 mA·h/g， 烯醇 缩丁醛（ PVB ）与 PAA 的无 规共 聚物
延长了电池的循环寿命。WEI 等 [48] 也合成了聚苯乙 （PVB-co-PAA）作为硅负极电池的粘结剂，电池在
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烯-聚丙烯酸甲酯-聚苯乙烯的三嵌段共聚物用于硅 硅负载为 1 mg/cm 下循环 100 次后容量维持达到
负极，改善了锂离子输运行为。在硅负极最大负载 2170 mA·h/g 以上。无规共聚物粘结剂分子间的自主
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为 5.31 mg/cm 条件下循环 100 次后仍具有稳定的容 分子设计，使得电池都具有优异的循环性能。
