硅負(fù)極具有很高的理論容量（4200 mA h/g），是商業(yè)化石墨負(fù)極容量的十倍以上。并且具有儲量豐富，環(huán)境友好等優(yōu)點，被認(rèn)為是純電動汽車、混合動力汽車用鋰離子電池最具前景的負(fù)極材料。然而硅負(fù)極由于在充放電過程中存在400%的體積膨脹，所以存在容量衰退快，循環(huán)性能差，首效很低等問題。為了解決以上問題，新型粘結(jié)劑的設(shè)計和開發(fā)十分重要。
近日，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組在鋰離子電池新型導(dǎo)電粘結(jié)劑領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，開發(fā)了一種新型的鋰離子電池導(dǎo)電粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑可以替代傳統(tǒng)的導(dǎo)電粘結(jié)劑體系（PVDF+炭黑），顯著改善高容量硅負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。其突出的優(yōu)點是當(dāng)硅負(fù)極在充放電過程中400%體積膨脹導(dǎo)致顆粒破碎時，導(dǎo)電粘結(jié)劑能夠把破碎的粘結(jié)上保持導(dǎo)電性，從而保持電池的長時間循環(huán)穩(wěn)定性。該導(dǎo)電粘結(jié)劑，在420 mA/g的電流密度下循環(huán)100次，容量達(dá)到2700 mAh/g以上。在更高的電流密度下(4200 mA/g)循環(huán)1000次，容量也可保持在999mAh/g以上。
相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國際頂級能源期刊Nano Energy (Nano Energy 36 (2017) 206-212, 影響因子IF=11.553)，該工作由潘鋒教授指導(dǎo)，博士后劉棟，14級碩士研究生趙巖和譚瑞共同完成。該工作得到了國家材料基因組、廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊、中國博士后科學(xué)基金以及深圳市科技創(chuàng)新委員會的共同支持。
圖1. (a) 傳統(tǒng)的電極體系；(b) 導(dǎo)電粘結(jié)劑構(gòu)成的新型電極體系；(c) 新型導(dǎo)電粘結(jié)劑結(jié)構(gòu).
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D Liu, Y Zhao, R Tan, L Tian, Y Liu, H Chen, Feng Pan*; Novel conductive binder for high-performance silicon anodes in lithium ion batteries; Nano Energy 2017, 36, 206–212. (SCI, IF=11.553)
