上海交大團隊鋰離子電池高容量硅負極研究獲進展

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近日，上海交通大學化學化工學院楊軍教授研究團隊在Cell Press旗下的能源領域新刊Joule發表了題為“Silicon Microparticle Anodes with Self-Healing Multiple Network Binder”的文章，文中所設計的多級網絡結構并帶有自愈合功能的水系粘結劑(PAA-P(HEA-co-DMA))可以有效緩解微米硅電極在充放電過程中由于活性物質的體積變化引起的顆粒粉化和電子導電缺失現象，進而獲得性能優異的硅基負極。 

硅具有很高的理論比容量和較低的氧化還原電極電勢，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池最具潛力的負極材料之一。然而，它在循環過程中嚴重的體積變化，使電極結構松動和電子導電變差，并不斷破壞電極表面的SEI膜和消耗電解液，從而降低了電池的循環效率和使用壽命。為了解決這些問題，許多先前的研究工作大多集中在設計不同結構的硅材料，如多孔化，納米化以及多層復合，以降低活性相的體積效應，從而提高電池的循環穩定性。然而，這些策略很難甚至不可能實現硅材料的廉價以及大規模生產。 

該論文從粘結劑的結構設計出發，合成了一種軟-硬并舉的具有多級網絡結構的新型粘結劑，該聚合物具有一定的自愈合能力和優異的拉伸性能，可以有效地緩沖由于微米硅顆粒的體積變化而引起的應變，抑制硅顆粒在循環過程中的粉化，使微米級硅顆粒電極的電化學性能得到顯著改善。在5A/g的大電流下比容量仍有約1850 mAh/g，并具有優異的電化學可逆性。此外，該粘結劑也適用于微米氧化硅負極材料，可在9 mAh/cm2的高面積容量下可逆循環。該研究結果對發展具有強體積效應的高容量電極具有重要的參考價值。