科创中国
硅基负极材料新型粘结剂应用与改性研究
发布时间:
2022-09-29
截止日期:2022-10-31
价格 10万
地区： 北京市 市辖区 朝阳区
需求方： 中国**学会
行业领域
新材料技术,高技术服务业,新能源及节能技术
需求背景
随着我国新能源产业的蓬勃发展，锂离子电池已成为人们生活的重要组成部分, 广泛地应用于各类消费电子产品、电动汽车、新能源储能等领域。锂离子电池的石墨负极材料在应用中只能达到320～360m Ah/g，其实际所达到的比容量已经接近石墨理论比容量，很难再提升，不能满足高容量高性能锂离子电池的需求。硅基负极材料因理论比容量高(3752m Ah/g)，环境友好以及低廉的成本，正逐渐成为电池企业和锂电材料商改善负极的最优先选择，是最具潜力的下一代锂锂电池负极材料之一。但在实际应用中硅基材料也存在较为明显的缺点，主要有以下两方面：1、在充放电过程中会引起硅体积膨胀100%~300%，巨大的体积效应及较低的电导率将限制硅负极技术的商业化应用。2、硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，进一步降低了其首次库伦效率。硅材料也存在导电性较差，在充放电过程中会发生体积膨胀，导致其可逆性不稳定，容量衰减严重等问题，这限制了它的规模化应用。
黏结剂在电极材料中起着至关重要的作用，它不仅可以保持电极的完整性；而且可以形成SEI膜，来保护活性材料不被电解质腐蚀；更重要的是，它能够缓解体积膨胀效应。锂电池粘结剂根据分散介质的性质，可分为有机溶剂的油性粘结剂和以水为分散剂的水性粘结剂。目前研究较多的硅基负极材料粘结剂是羧甲基纤维素钠(CMC)和聚丙烯酸(PAA)等水性粘结剂。同时，也需要对粘结剂其进行改性，这主要是通过对聚合物分子链的结构进行设计来实现的，将黏结剂与其他组分通过氢键、共价键、离子键等强作用力连接，来增强分子链的极性，从而增强黏结剂的黏附能力。
需解决的主要技术难题
1、解决负极材料粘结剂成本高的问题。
研究采用价格低廉的天然高分子多糖丝胶蛋白作为主链，柠檬酸作为交联剂，去离子水作为分散剂，通过原位交联制备了具有三维网络结构的复合粘结剂。
2、解决目前硅基负极低载量和较低ICE的问题。
研究通过对聚丙烯酸（PAA）进行锂化，控制锂化程度，获得普适性的锂化粘结剂用于硅基负极和硅碳复合材料。
期望实现的主要技术目标
1、采用复合粘结剂制备的SiOx负极（SiOx@C-SP-CA），在常规载量（1 mg/cm2）下，表现出优异的循环稳定性。在较高载量（*** mg/cm2）下，依旧表现出良好的稳定性，经过100圈循环后，面容量达到*** mAh/cm2。
2、采用PAA粘结剂制备的负极材料，在高载量下，SiOx@***、Si@***和SiC@***分别获得*** mAh/cm2，*** mAh/cm2和 *** mAh/cm2的超高面容量，并实现稳定的循环性能。
需求解析
解析单位：“科创中国”煤炭清洁高效利用产业服务团（中国煤炭学会） 解析时间：2022-11-07
黄澎
煤炭科学技术研究院有限公司
博士
综合评价
黏结剂在电极材料中起着至关重要的作用，它不仅可以保持电极的完整性；而且可以形成SEI膜，来保护活性材料不被电解质腐蚀；更重要的是，它能够缓解体积膨胀效应。锂电池粘结剂根据分散介质的性质，可分为有机溶剂的油性粘结剂和以水为分散剂的水性粘结剂。目前研究较多的硅基负极材料粘结剂是羧甲基纤维素钠(CMC)和聚丙烯酸(PAA)等水性粘结剂。同时，也需要对粘结剂其进行改性，这主要是通过对聚合物分子链的结构进行设计来实现的，将黏结剂与其他组分通过氢键、共价键、离子键等强作用力连接，来增强分子链的极性，从而增强黏结剂的黏附能力。
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