上海交大团队锂离子电池高容量硅负极研究获进展

100年来，交大人民用知识和智慧创造了无数硕果，书写了近代史上的许多“第一”。这是人才培养、科学研究、服务社会、为国争光的智慧。新闻联播特别推出“交大智慧”栏目，聚焦交大人的智慧，展现他们对国家发展和社会进步的巨大贡献。近日，上海交通大学化学与化工学院杨军教授的研究团队在Cell Press旗下的新能源期刊《焦耳》上发表了一篇题为《具有自愈性多网络粘合剂的硅微咬合器》的文章。本文设计的具有多级网络结构和自修复功能的水性粘合剂（PAA-P（HEA-co-DMA））可以有效缓解微米级硅电极充放电过程中活性材料体积变化引起的颗粒粉碎和电子传导损失现象，然后获得具有优异性能的硅基负极。

硅具有较高的理论比容量和较低的氧化还原电极电势，被认为是下一代高能量密度锂离子电池最有潜力的阳极材料之一。然而，循环过程中严重的体积变化使电极结构疏松，电子导电性变差，并不断破坏电极表面的SEI膜，消耗电解质，从而降低了电池的循环效率和使用寿命。为了解决这些问题，以往的许多研究工作大多集中在设计具有不同结构的硅材料，如孔隙率、纳米晶体化和多层复合材料，以减少活性相的体积效应，提高电池的循环稳定性。然而，这些策略很难甚至不可能实现硅材料的廉价和大规模生产。本文在粘结剂结构设计的基础上，合成了一种具有多层网络结构的新型粘结剂，该粘结剂具有软硬两种特点。该聚合物具有一定的自愈合能力和优异的拉伸财产，能够有效缓冲微米硅颗粒体积变化引起的应变，抑制循环过程中硅颗粒的粉化，显著提高微米硅颗粒电极的电化学性能。在5A/g的高电流下，比容量仍约为1850mAh/g，并且具有优异的电化学可逆性。此外，该粘合剂也适用于微米二氧化硅负电极材料，并且可以在9mAh/cm2的高面积容量下可逆循环。研究结果对开发具有强体积效应的大容量电极具有重要参考价值。本文的工作得到了科技部973计划（No.2014CB932303）和国家自然科学基金（No.21773154）的资助。100年来，交通大学的人们用知识和智慧创造了无数的成果，书写了许多现代史上的“第一”。这是人才培养、科学研究、服务社会、为国争光的智慧。新闻联播特别推出“交大智慧”栏目，聚焦交大人的智慧，展现他们对国家发展和社会进步的巨大贡献。近日，上海交通大学化学与化工学院杨军教授的研究团队在Cell Press旗下的新能源期刊《焦耳》上发表了一篇题为《具有自愈性多网络粘合剂的硅微咬合器》的文章。本文设计的具有多级网络结构和自修复功能的水性粘合剂（PAA-P（HEA-co-DMA））可以有效缓解微米级硅电极充放电过程中活性材料体积变化引起的颗粒粉碎和电子传导损失现象，然后获得具有优异性能的硅基负极。

硅具有较高的理论比容量和较低的氧化还原电极电势，被认为是下一代高能量密度锂离子电池最有潜力的阳极材料之一。然而，循环过程中严重的体积变化使电极结构疏松，电子导电性变差，并不断破坏SEI膜……

并消耗电解质，从而降低电池的循环效率和使用寿命。为了解决这些问题，以往的许多研究工作大多集中在设计具有不同结构的硅材料，如孔隙率、纳米晶体化和多层复合材料，以减少活性相的体积效应，提高电池的循环稳定性。然而，这些策略很难甚至不可能实现硅材料的廉价和大规模生产。本文在粘结剂结构设计的基础上，合成了一种具有多层网络结构的新型粘结剂，该粘结剂具有软硬两种特点。该聚合物具有一定的自愈合能力和优异的拉伸财产，能够有效缓冲微米硅颗粒体积变化引起的应变，抑制循环过程中硅颗粒的粉化，显著提高微米硅颗粒电极的电化学性能。在5A/g的高电流下，比容量仍约为1850mAh/g，并且具有优异的电化学可逆性。此外，该粘合剂也适用于微米二氧化硅负电极材料，并且可以在9mAh/cm2的高面积容量下可逆循环。研究结果对开发具有强体积效应的大容量电极具有重要参考价值。本文的工作得到了科技部973计划（No.2014CB932303）和国家自然科学基金（No.21773154）的资助。

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