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硅具有高的理論儲鋰容量（3579mAhg^-1），使其成為高比容量鋰離子電池倍具希望的負極材料。然而，低電導(dǎo)率、嚴重的體積效應(yīng)和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI）等問題限制了Si負極在鋰離子電池中的應(yīng)用。近年來，在電極材料設(shè)計和電池體系兩個方面已報道了許多有效策略來應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，例如活性顆粒納米化、表面包覆、合金化材料、構(gòu)筑核殼結(jié)構(gòu)、構(gòu)建硅碳（Si/C）復(fù)合結(jié)構(gòu)以及預(yù)鋰化、使用電解液添加劑和功能性黏合劑等（圖1）。

圖1.應(yīng)對鋰離子電池Si負極體積效應(yīng)和不穩(wěn)定SEI挑戰(zhàn)的策略

盡管上述策略在提升Si負極的性能方面已展現(xiàn)優(yōu)勢，作為構(gòu)建硅基電極關(guān)鍵材料的黏合劑性質(zhì)對鋰離子電池性能影響顯著。自修復(fù)聚合物黏合劑利用非共價鍵和可逆共價鍵自主修復(fù)Si體積變化而導(dǎo)致的內(nèi)外部損傷以及電極微裂紋，可有效提高鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性。自修復(fù)聚合物用于柔性鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)，可快速修復(fù)由于外力作用導(dǎo)致的固態(tài)電解質(zhì)損傷和開裂，為柔性可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展提供了廣闊前景（圖2）。將碳納米材料均勻分散于自修復(fù)聚合物中，其在改善Si負極導(dǎo)電性的同時，可在Si體積膨脹和收縮過程中維持電極材料之間的動態(tài)穩(wěn)定界面，有效保持電極結(jié)構(gòu)完整性（圖3）。

圖2.自修復(fù)聚合物作為(a,b)鋰離子電池Si負極黏合劑；(c,d)柔性鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)

圖3.(a,b)分散在聚多巴胺(PDA)中的氧化石墨(GO)；(c-e)鋰聚丙烯酸酯(LiPAA)中的碳納米管(CNTs)

近日，遼寧科技大學(xué)安百鋼教授課題組在《新型炭材料（中英文）》（New Carbon Materials）上發(fā)表綜述文章“Self-healing polymer binders for the Si and Si/carbon anodes of lithium-ionbatteries”。文章總結(jié)歸納了基于非共價鍵和可逆共價鍵交聯(lián)及自組裝具有自修復(fù)性質(zhì)的聚合物黏合劑的合成、表征及在Si（/C）負極的應(yīng)用與自修復(fù)機制。分析了碳質(zhì)納米材料與自修復(fù)聚合物復(fù)合涂層對于緩沖Si負極體積膨脹應(yīng)力并有效維持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要作用。簡要總結(jié)了自修復(fù)聚合物在柔性鋰電池固態(tài)電解質(zhì)中的最新應(yīng)用。最后，對應(yīng)用于Si（/C）負極自修復(fù)聚合物黏合劑面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和設(shè)計策略進行了分析和展望。

近年來，自修復(fù)聚合物發(fā)展取得了明顯進步，但自修復(fù)聚合物作為電池體系黏合劑及其在柔性電池固態(tài)電解質(zhì)中的應(yīng)用仍處于起步階段。未來的研究可重點參考以下幾個方面。(1)在電極體系中引入自修復(fù)組分會影響電池的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，設(shè)計具有較寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口和高電壓穩(wěn)定的自修復(fù)聚合物黏合劑非常必要。(2)大多數(shù)自修復(fù)聚合物是離子和電子絕緣的，僅具有自修復(fù)能力的聚合物不適合作為電池體系中高性能黏合劑和固態(tài)電解質(zhì)。交聯(lián)或接枝具有鋰離子傳輸和電子導(dǎo)電功能的側(cè)鏈或基團是制備優(yōu)異電化學(xué)性能自修復(fù)聚合物的有效方法。(3)自修復(fù)聚合物黏合劑需要具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，要求自修復(fù)聚合物黏合劑在電解液體系中不溶解、不分解，對電解液具有良好的吸收能力。(4)通過理論計算、原位表征技術(shù)等進一步研究自修復(fù)聚合物作為鋰離子電池黏合劑和在柔性鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)中應(yīng)用的自修復(fù)機制。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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