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極，那么接下來讓小編帶領大家一起學習硅負極。
粘結劑在硅負極中發(fā)揮的作用是極其關鍵的，粘結劑最主要的作用就是提供強粘結力以保持電極結構的完整性，保證鋰離子電池的循環(huán)充放電的正常進行。
硅(Si)基負極材料的理論比容量(4200 mAh/g)高、嵌脫鋰平臺較適宜，是一種理想的鋰離子電池用高容量負極材料。在充放電過程中，Si的體積變化達到300%以上，劇烈的體積變化所產(chǎn)生的內應力，容易導致電極粉化、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，粘結劑是影響電極結構穩(wěn)定性的重要因素之一。根據(jù)分散介質的性質，鋰離子電池粘結劑可分為以有機溶劑為分散劑的油性粘結劑和以水為分散劑的水性粘結劑。
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，所以在硅顆粒進行嵌鋰(對應電池充電過程)體積膨脹至3倍時，這種作用力就會被減弱直至破壞，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作為粘結劑，有機溶劑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穩(wěn)定性，但電子和離子導電性較差，有機溶劑易揮發(fā)、易燃易爆且毒性大;而且PVDF只以弱 范德華力與硅基負極材料相連，不能適應Si劇烈的體積變化。傳統(tǒng)型PVDF并不適用于硅基負極材料。
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)，使用剛性分子鏈結構的CMC卻可以得到更好的容量保持率。這個結果似乎不太好理解，正常來講具有柔韌性好的粘結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極結構完整性方面應該略勝一籌才對。
SBR/CMC具有良好的粘彈性和分散性，已廣泛用于石墨類負極的規(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膜各自對應的應力-應變曲線。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則可以達到20%以上。盡管PVDf的斷裂伸長率遠高于CMC，但是在循環(huán)充放電曲線中卻看不到有任何優(yōu)勢，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容，大家對硅負極有了初步的了解，同時也希望大家在學習過程中，做好總結，這樣才能不斷提升自己的設計水平。
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