锂离子电池硅基负极材料用CMC胶粘剂研究进展.pdf

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1、中国胶粘剂2015年5月第24卷第5期一40一(280)CHINAADHESIVESVo1．24No．5，May2015摩与锂离子电池硅基负极材料用CMC胶粘剂研究进展凌玲，李瑾瑜(重庆交通大学，重庆400074)摘要：简单介绍了国内外锂(Li)离子电池硅(si)基负极材料的研究进展，指出了有机溶剂型油性聚偏氟乙烯(PVDF)~粘剂在Li离子电池应用中存在的问题，并分析了CMC(羧甲基纤维素)胶粘剂在Li离子电池si基负极材料中的应用现状，另外还探讨了Li离子si基负极材料用CMC胶粘剂的作用机制。最后就CMC胶粘剂对si基负极材料性能的提升进行

2、了展望。关键词：硅基负极材料；羧甲基纤维素；胶粘剂；锂离子中图分类号：TQ432．4文献标志码：A文章编号：1004—2849(2015)05—0040—050前言用需求，故开发取代石墨的新型材料广受关注。能源紧缺是人类社会面临的重大问题之一，在所有Li合金(其基本性能见表1)中，si(硅)具锂(Li)离子电池具有高能量密度和相对简单的反应有比容量(4200mAh／g)高、费用低及无毒性等优势，机制，是近期内解决能源储存问题的良好方案。IJi可成为石墨的替代品；然而，硅(Si)基材料在循环过程离子电池技术在便携式电子设备中的发展已较为中体积变化率

3、较大(体积膨胀率大于400％)，会导致完善，为实现其在电动汽车、储能设备等新型高功电池电化学循环性能迅速恶化。为解决高容量Si率系统中的应用，必须进一步提高其能量密度、循基材料的上述问题，通常采用的改性措施有纳米化、环寿命和安全等方面的性能。目前，石墨是Li离复合化、改进电解液、改进电流体以及改进电极结子电池中普遍采用的负极材料，但其理论比容构等；然而，不可避免的是si的体积变化率较大，故量(372mAh／g)较低，不能满足高能量密度电池的应改性电池欲取得良好的循环性能仍相对较难。表1不同Li合金的性能对比Tab．1Propertiescontr

4、astofdifferentLialloys比容量／(mAh·g)比容量／(mAh·g)兀系贝用哥1文芏1土壶韩田击性今杜，⋯～⋯⋯—⋯质量体积质量体积Si42002400低无高P26002250低高低C372890低无低Sb6601890低高低Ge15682300高高高Pb5491790低高低Sn9902020低无高近年来，研究人员发现提高Li离子电池si基负剂。然而，PVDF的力学性能较差，不能承受Si基电极材料的诸多电池特性(如稳定性、不可逆容量的极材料显著的体积变化率，并且其有机溶剂损失等)在很大程度上取决于所用胶粘剂的性质，NMP(Ⅳ-

5、甲基吡咯烷酮)的挥发会严重污染环境。故改变胶粘剂是一种简单、低成本的有效方法。近年来，大量研究者使用新型水性胶粘剂来提升高油性聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的电化学稳定性，比容量Si基材料的性能，其中以水性CMC(羧甲基目前已用于Li离子电池正极与负极材料的胶粘纤维素)胶粘剂代替常规的PVDF，可提高Si基电极收稿日期：2014—12—02；修回日期：2015-04-03。基金项目：重庆市自然科学基金资助(KJ1400316)。作者简介：凌玲(1990一)，女，重庆南岸人，硕士，主要从事锂离子电池用相关材料的研究。E-mail：lingling_

6、jane@l26．con第24卷第5期凌玲等锂离子电池硅基负极材料用CMC胶粘剂研究进展(281)一41一材料的容量保持率。由于CMC的羧基官能团与硅基解离形成羧酸根离子后，保证了CMC(相对于不的结合力较强，从而使电极的稳定性明显提高，同溶性纤维素而言)在水溶液中的水溶性。时促进了SEI(固体电解质界面膜)的形成。Beattie等1按照m(Si)：m(C)：m(CMC)=1：1：1下面重点介绍国内外Li离子电池Si基负极材比例制得性能优异的电极材料。研究表明：当料的研究进展，指出了PVDF胶粘剂在Li离子电池(CMC)=33％(相对于电极材料总

7、质量而言)时，其应用中存在的问题，并分析了CMC胶粘剂在Li离子可有效缓冲Si基电极因体积膨胀所引起的体积变电池si基负极材料中的应用现状；同时还探讨了化，从而改善了电极的可逆性。CMC含有的羧基官CMC胶粘剂的作用机制，以期为今后Li离子电池si能团与si粒子相互作用，可发生化学反应；该化学基负极材料电化学性能的研究提供参考。反应是由羧酸基团引起的，这有利于减少Si基电极体积膨胀所造成的损害。此外，CMC胶粘剂可有效1Li离子电池用胶粘剂抑制高反应活性的IJi—Si合金和电解液之间的副反1．1Li离子电池用PVDF胶粘剂存在的问题应，从而提升了

8、电极在电化学循环中的库仑效率。胶粘剂对电极的性能影响极大。合适的胶粘Liu等使用弹性体丁苯橡胶(sBR)／CMC胶粘剂可有效改善电极的整