孙世刚教授课题组取得锂离子电池硅基负极粘结剂研究新进展，研究成果以“A Robust Ion-Conductive Biopolymer as a Binder for Si Anodes of Lithium-Ion Batteries”为题发表在材料研究领域的国际学术期刊Advanced Functional Materials (2015, DOI: 10.1002/adfm.201500589)。
硅基材料具有理论容量高 (高达4200 mAh/g，为商品化锂离子电池石墨负极材料容量 (372 mAh/g)的11倍)、充放电平台低和资源丰富等优点，是容量最高的锂离子电池负极材料。但是，在充放电过程中硅基负极产生巨大的体积变化，导致其循环性能极差，远达不到实际应用的要求。近期的研究表明，粘结剂是解决这一问题、提高硅基材料电化学性能的关键。本论文首次报道使用瓜尔豆胶新型粘结剂时，硅基负极在2100 mA/g的电流下充放电循环100周后电极的容量高达2222 mAh/g，比使用海藻酸钠粘结剂时提高了845 mAh/g；在控制容量为1000 mAh/g时，以瓜尔豆胶为粘结剂的纳米硅负极能够稳定循环900周以上，比以海藻酸钠为粘结剂时增加了500周。这些优异的电化学性能主要归因于瓜尔豆胶含有大量的羟基，可与硅活性材料表面形成大量的氢键，增强粘结剂与硅基材料间的粘结力；同时，瓜尔豆胶能够像PEO固态电解质一样有效地提高锂离子传导。本文的工作开启了锂离子电池硅基负极新型粘结剂研究的一种新思路。
该项研究得到国家自然科学基金委的资助。博士研究生刘杰和多名硕士研究生在孙世刚教授、李君涛副教授（能源学院）和黄令教授的指导下完成了这一工作。
除本项研究外，孙世刚教授课题组还利用海藻酸钠与钙离子的交联作用制备出一种高强度的海藻酸水凝胶粘结剂，并申请了国家发明专利 (CN 103762367 A)。以该海藻酸水凝胶为粘结剂时，Si/C复合电极的循环稳定性得到明显的提高，经过120周充放电循环后容量保持率高达82.3%，而以纯海藻酸钠为粘结剂时电极的容量保持率仅为32.5%。该海藻酸水凝胶粘结剂得到了美国通用汽车公司 (GM)的关注，应其邀请，该粘结剂目前已寄送到该公司进行工业化可行性评估。
文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201500589/abstract
以瓜尔豆胶 (GG)和海藻酸钠 (SA)为粘结剂的硅负极的充放电循环性能比较
