硅（Si）由于其高比容量（4200 mAh g^-1）和低電位（0.3 V vs Li⁺/Li），被認(rèn)為是一種有前景的高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料。然而，在鋰化/脫鋰過(guò)程中，Si的巨大體積變化（超過(guò)300%）會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的粉碎、電極結(jié)構(gòu)破壞，最終造成容量下降，這阻礙了其走向?qū)嶋H應(yīng)用的步伐。

圖1 PVAm粘結(jié)劑的表征

中科院大連化物所李先鋒、張洪章等提出了一種含有氨基（-NH₂）和酰胺（-NH-CHO）多個(gè)官能團(tuán)的新型聚（乙烯胺）（PVAm）粘結(jié)劑，以提高Si負(fù)極從顆粒到電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。研究顯示，-NH₂和-NH-CHO基團(tuán)通過(guò)形成氫鍵與Si表面的SiO_x顯示出強(qiáng)烈的相互作用，在Si負(fù)極上形成了均勻的PVAm涂層。均勻的PVAm粘結(jié)劑涂層可以提高所制備的硅負(fù)極的機(jī)械強(qiáng)度，并減少硅負(fù)極和電解液之間的副反應(yīng)。

此外，PVAm粘結(jié)劑具有比電解液中的溶劑更低的未占用分子軌道（LUMO）能量。換句話說(shuō)，由于-NH₂和-NH-CHO基團(tuán)的分解，PVAm粘結(jié)劑可以優(yōu)先與Li⁺反應(yīng)并形成富含N的SEI。這樣的SEI層具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，可以同時(shí)承受鋰化過(guò)程中硅顆粒內(nèi)部和之間的應(yīng)力，進(jìn)一步避免了硅顆粒和SEI的粉碎。

圖2 不同Si負(fù)極的應(yīng)力分布分析

同時(shí)，富含N的SEI的優(yōu)越離子傳導(dǎo)性可以有效地提高Si負(fù)極（Si-PVAm）的倍率性能，在1 C的倍率下，其放電容量提高到2027 mAh g^-1。此外，Si-PVAm負(fù)極在0.1 C的200次循環(huán)后可以保持較高的容量≈2000 mAh g^-1，優(yōu)于傳統(tǒng)的基于聚偏二氟乙烯（PVDF）粘結(jié)劑的Si負(fù)極（Si-PVDF，66 mAh g^-1）和聚乙烯醇（PVA）粘結(jié)劑的Si-PVA，820 mAh g^-1）。這種簡(jiǎn)單實(shí)用的策略為硅負(fù)極在先進(jìn)電池中的應(yīng)用提供了一個(gè)新的視角。

圖3 采用不同粘結(jié)劑的Si負(fù)極的性能和循環(huán)后的形貌

N-Rich Solid Electrolyte Interface Constructed In Situ Via a Binder Strategy for Highly Stable Silicon Anode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202301716