孫世剛教授課題組取得鋰離子電池硅基負(fù)極粘結(jié)劑研究新進(jìn)展，研究成果以“A Robust Ion-Conductive Biopolymer as a Binder for Si Anodes of Lithium-Ion Batteries”為題發(fā)表在材料研究領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials (2015, DOI: 10.1002/adfm.201500589),。

       硅基材料具有理論容量高 (高達(dá)4200 mAh/g,，為商品化鋰離子電池石墨負(fù)極材料容量 (372 mAh/g)的11倍),、充放電平臺(tái)低和資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，是容量最高的鋰離子電池負(fù)極材料,。但是,，在充放電過(guò)程中硅基負(fù)極產(chǎn)生巨大的體積變化，導(dǎo)致其循環(huán)性能極差,，遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求,。近期的研究表明,，粘結(jié)劑是解決這一問(wèn)題,、提高硅基材料電化學(xué)性能的關(guān)鍵。本論文首次報(bào)道使用瓜爾豆膠新型粘結(jié)劑時(shí),，硅基負(fù)極在2100 mA/g的電流下充放電循環(huán)100周后電極的容量高達(dá)2222 mAh/g,，比使用海藻酸鈉粘結(jié)劑時(shí)提高了845 mAh/g；在控制容量為1000 mAh/g時(shí),，以瓜爾豆膠為粘結(jié)劑的納米硅負(fù)極能夠穩(wěn)定循環(huán)900周以上,，比以海藻酸鈉為粘結(jié)劑時(shí)增加了500周。這些優(yōu)異的電化學(xué)性能主要?dú)w因于瓜爾豆膠含有大量的羥基,，可與硅活性材料表面形成大量的氫鍵,，增強(qiáng)粘結(jié)劑與硅基材料間的粘結(jié)力；同時(shí),，瓜爾豆膠能夠像PEO固態(tài)電解質(zhì)一樣有效地提高鋰離子傳導(dǎo),。本文的工作開(kāi)啟了鋰離子電池硅基負(fù)極新型粘結(jié)劑研究的一種新思路。

       該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助,。博士研究生劉杰和多名碩士研究生在孫世剛教授,、李君濤副教授（能源學(xué)院）和黃令教授的指導(dǎo)下完成了這一工作。

        除本項(xiàng)研究外,，孫世剛教授課題組還利用海藻酸鈉與鈣離子的交聯(lián)作用制備出一種高強(qiáng)度的海藻酸水凝膠粘結(jié)劑,，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利 (CN 103762367 A)。以該海藻酸水凝膠為粘結(jié)劑時(shí),，Si/C復(fù)合電極的循環(huán)穩(wěn)定性得到明顯的提高,，經(jīng)過(guò)120周充放電循環(huán)后容量保持率高達(dá)82.3%，而以純海藻酸鈉為粘結(jié)劑時(shí)電極的容量保持率僅為32.5%,。該海藻酸水凝膠粘結(jié)劑得到了美國(guó)通用汽車(chē)公司 (GM)的關(guān)注,，應(yīng)其邀請(qǐng)，該粘結(jié)劑目前已寄送到該公司進(jìn)行工業(yè)化可行性評(píng)估,。

        文章鏈接：http://onlinelibrary./doi/10.1002/adfm.201500589/abstract