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雖然硅被認為是下一代高能鋰離子電池（LIBs）最有前景的負極材料之一，但硅負極的工業化卻因負極在充放電過程中體積變化大而受到阻礙。與LIB中使用的傳統石墨負極相比，硅負極對粘結劑提出了更嚴格的要求，它必須在頻繁的大體積變化中保持電極部件之間的緊密接觸以及離子和電子傳輸通道的完整性。

加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士、廈門大學李君濤等總結了粘結劑材料的分子結構、化學功能、物理和機械性能，以及所涉及的研究策略，涵蓋粘結劑設計策略的最新進展，并討論了用于硅負極商業化的創新聚合物粘結劑設計中的挑戰，以及未來的發展方向和應用前景。

圖1. 有關Si負極粘結劑的最新出版物

具體來說，首先介紹了含有極性官能團的線性粘結劑的改性和再設計，其中分子工程（共聚、交聯和接枝）被用來構建更強的網絡結構和賦予功能。然后，針對導電聚合物的機械強度和界面兼容性差的問題，討論了通過引入極性官能團和線性聚合物的優化策略。第三，總結和分析了利用分子工程合理設計多功能超聚物粘結劑的新方法和新概念。

此外，這篇綜述還介紹了通過調整軟、硬組分的比例來提高組合粘結劑柔韌性的方法。最后，總結和討論了各種粘結劑設計策略在半電池和全電池中的應用。

圖2. 粘結劑的功能性概述

盡管該文提到的粘結劑在提高硅負極電池循環穩定性方面取得了很大的進展，但這些電池要想在商業上得到應用，仍然存在各種挑戰。因此，作者提出了粘結劑的一些挑戰和未來發展方向：

（1）粘結劑研究體系的量化；

（2）開發具有良好柔韌性的新型導電粘結劑，以擴大使用范圍；

（3）對粘結劑體系的進一步基礎研究。

（4）為進一步的工業應用進行放大和優化。

圖3. 適用于石墨-硅全電池的粘結劑

Design Criteria for Silicon-Based Anode Binders in Half and Full Cells. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200850

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陳忠偉院士/李君濤：最新AEM綜述！

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