在生活中，你可能接觸過各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你可能并不知道它的一些組成部分，比如它可能含有的硅負(fù)極，那么接下來讓小編帶領(lǐng)大家一起學(xué)習(xí)硅負(fù)極。

粘結(jié)劑在硅負(fù)極中發(fā)揮的作用是極其關(guān)鍵的，粘結(jié)劑最主要的作用就是提供強(qiáng)粘結(jié)力以保持電極結(jié)構(gòu)的完整性，保證鋰離子電池的循環(huán)充放電的正常進(jìn)行。

硅(Si)基負(fù)極材料的理論比容量(4200 mAh/g)高、嵌脫鋰平臺(tái)較適宜，是一種理想的鋰離子電池用高容量負(fù)極材料。在充放電過程中，Si的體積變化達(dá)到300%以上，劇烈的體積變化所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致電極粉化、剝落，影響循環(huán)穩(wěn)定性。

大多數(shù)的研究中所涉及到的粘結(jié)劑主要是兩種：PVDF(聚偏二氟乙烯)和 CMC(羧甲基纖維素) 。

在鋰離子電池中，粘結(jié)劑是影響電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素之一。根據(jù)分散介質(zhì)的性質(zhì)，鋰離子電池粘結(jié)劑可分為以有機(jī)溶劑為分散劑的油性粘結(jié)劑和以水為分散劑的水性粘結(jié)劑。

先說說PVDF，它的分子鏈簡單，柔韌性較好，與硅顆粒之間的作用主要是通過F原子和H原子所形成的弱的范德華力。鑒于這種作用力比較弱，所以在硅顆粒進(jìn)行嵌鋰(對(duì)應(yīng)電池充電過程)體積膨脹至3倍時(shí)，這種作用力就會(huì)被減弱直至破壞，而多次的循環(huán)充放電的后果就是硅顆粒粉碎裂化，此時(shí)PVDF沒有能力把顆粒聚集在一起，在微觀方面顆粒間的電接觸減弱甚至消失，直接導(dǎo)致了宏觀電池容量的快速衰減。

在鋰離子電池的規(guī)模化生產(chǎn)中，普遍以PVDF作為粘結(jié)劑，有機(jī)溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)等作為分散劑。PVDF具備良好的粘性和電化學(xué)穩(wěn)定性，但電子和離子導(dǎo)電性較差，有機(jī)溶劑易揮發(fā)、易燃易爆且毒性大;而且PVDF只以弱 范德華力與硅基負(fù)極材料相連，不能適應(yīng)Si劇烈的體積變化。傳統(tǒng)型PVDF并不適用于硅基負(fù)極材料。

再說CMC，它是纖維素的衍生物，分子鏈中含有剛性的六元雜環(huán)，柔韌性較差，如上圖所示。大多數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，使用剛性分子鏈結(jié)構(gòu)的CMC卻可以得到更好的容量保持率。這個(gè)結(jié)果似乎不太好理解，正常來講具有柔韌性好的粘結(jié)劑擁有更大的形變程度，因此在承接硅顆粒膨脹和保持硅負(fù)極結(jié)構(gòu)完整性方面應(yīng)該略勝一籌才對(duì)。

SBR/CMC具有良好的粘彈性和分散性，已廣泛用于石墨類負(fù)極的規(guī)?；a(chǎn)中。W.R Liu等發(fā)現(xiàn)，(SBR/CMC)/Si電極可在1000 mAh/g恒容量充放電循環(huán)(0~1.2 V)60次，電化學(xué)性能優(yōu)于PVDF/Si電極，但60次循環(huán)并不能充分說明循環(huán)穩(wěn)定性。

右上圖顯示的是三種本體膜即CMC膜、PVDf膜和SBR-CMC膜各自對(duì)應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖中可以看出，本體CMC膜是比較脆性的，斷裂伸長率僅為5-8%，相對(duì)于Si顆粒最大300%的體積變化簡直是杯水車薪。而即便有彈性超好的SBR(丁苯橡膠)為其助陣，其斷裂伸長率也還是在13%以下，而同樣條件下PVDF則可以達(dá)到20%以上。盡管PVDf的斷裂伸長率遠(yuǎn)高于CMC，但是在循環(huán)充放電曲線中卻看不到有任何優(yōu)勢(shì)，反而是使用CMC的循環(huán)穩(wěn)定性最佳。

相信通過閱讀上面的內(nèi)容，大家對(duì)硅負(fù)極有了初步的了解，同時(shí)也希望大家在學(xué)習(xí)過程中，做好總結(jié)，這樣才能不斷提升自己的設(shè)計(jì)水平。