Page 49 - 《精细化工》2022年第7期
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第 7 期 周建华，等: 锂离子电池硅基负极功能型黏结剂研究进展 ·1335·
2.3 聚芴基聚合物
聚芴及其衍生物具有优异的热稳定性和化学稳
定性，在锂离子电池黏结剂中得到了广泛应用。硅
基负极在锂化时为还原环境，进行 n 型掺杂的聚芴
主链在此环境下可以增强电极的电子传导性。LIU
等 [35] 在聚芴基聚合物（PF）中引入了羰基和甲基苯
甲酸酯以获得高电子电导率的黏结剂。羰基可以调
节最低未占据空分子轨道（LUMO）电子状态，而
甲基苯甲酸酯单元改善了黏结剂与硅之间的黏结强
度，从而使电极具有良好的导电性和较强的机械结
图 5 Si/PPP 电极的循环性能 [33]
Fig. 5 Cycling performance of Si/PPP electrode [33] 合力。
聚芴基黏结剂具有刚性共平面的共轭结构，在
目前，对亲水性 PEDOT︰PSS 与疏水性硅之间 其 9-C 位置引入极性基团不仅可以提高溶解性，还
的界面不相容问题缺乏足够的重视。高强度的黏附 可以增强与活性物质间的相互作用。LIU 等 [36] 在 PF
是黏结剂与界面处先产生良好的浸润，从而具有均 中引入了羧酸钠基团（—COONa），不仅提高了黏
匀的黏附力，当黏结剂不能很好地浸润被黏表面时， 结剂的溶解性，还能与硅颗粒表面的羟基反应形成
会导致界面结构的不均匀，从而极大地降低黏附强 酯键，提高黏结剂与硅颗粒的黏附强度，从而有利
度。LIU 等 [34] 引入甘油作为 PEDOT︰PSS 黏结剂的 于界面处的电子转移，即使在硅颗粒破裂的情况下
交联剂进一步改善黏结剂与硅颗粒间的界面相容 也能确保稳定的电子传导，使电极表现出高容量和
性，甘油中的羟基不仅与邻苯二甲酸二丁酯的磺酸 长循环稳定性。在之后的研究中，该课题组 [37] 引入
基团通过氢键交联，而且通过脱水反应与硅颗粒表 了摩尔分数为 10%的菲醌（PQ）（图 6a），在还原电
面的无定型 SiO x 相互作用。PEDOT︰PSS 本身具有 位下，PQ 中的羰基可被还原成—O—Li 基团，大大
高导电性，所以使用该黏结剂的硅负极表现出高可 提高了黏结剂的导电性，从而提高了倍率性能。当
逆容量和高倍率性能。 倍率超过 0.2 C 时，与 Si/PF-COONa 电极相比，
PEDOT︰PSS 因其优异的电化学稳定性而备受 Si/PFPQ-COONa 电极展现出更高的容量（图 6b）。
关注，将其作为硅负极的导电黏结剂时可以减少导 聚芴基聚合物作为黏结剂可以在电池的工作环
电添加剂的使用。但是 PEDOT︰PSS 为线性结构， 境下进行电子掺杂，在循环过程中可保持较好的导
单独作为硅负极的黏结剂时并不能有效地缓解硅颗 电性及电极完整性。聚芴基黏结剂表现出了高容量
粒的体积膨胀，可以通过提高与硅颗粒间的相互作用 及较好的长循环稳定性，并且与电解质之间具有良
和构建三维网络来克服这一缺点。目前，PEDOT︰ 好的相容性，具有巨大的商业应用潜力。但其自身
PSS 制备成本相对较低，在制备高性能的导电黏结 与硅颗粒间的相互作用较弱，这不利于界面处的电
剂中具有广阔的应用前景。 子转移，可通过引入功能性基团来改善这一问题。
图 6 PF-COONa 与 PFPQ-COONa 黏结剂的结构（a） [37] ；Si/PF-COONa 电极和 Si/PFPQ-COONa 电极的倍率性能（b） [37]
Fig. 6 Structure of PF-COONa and PFPQ-COONa binder (a) [37] ; Rate performance of Si/PF-COONa and Si/PFPQ-COONa
electrode (b) [37]
2.4 聚芘类聚合物 电子，与需要贵金属催化制备的通过主链共轭导电
聚芘类导电黏结剂是通过 π-π 堆积作用来传导 的黏结剂不同，其共轭结构位于侧链，易于制备和
