近日，研究院储能材料与器件课题组陈超博士在金属材料领域顶级期刊RARE METALS（中科院一区，影响因子6.318），发表了题为“Construction of Dual Crosslinked Network Binder via Sequential Ionic Crosslinking for High-performance Silicon Anodes”的研究论文。该论文第一作者为嘉兴学院与常州大学联培研究生吴吉娜，第一通讯作者为陈超博士，第二通讯作者为李海东教授。

得益于极高的理论比容量值（4200 mAh g^-1），硅被产学界视作一种极具发展前景的锂离子电池负极材料。然而，传统粘结剂材料聚偏氟乙烯与硅之间的范德华力作用无法有效地抑制硅的锂化膨胀，严重限制了硅负极的进一步发展。新型的富含极性官能团的三维网络结构粘结剂材料则能与硅形成大量氢键、限制硅纳米颗粒的移动并加强电极结构的力学稳定性，有望大幅提高硅负极的循环稳定性。

本研究将海藻酸钠与钙离子和超支化聚乙烯亚胺有序交联，从而构建双网络结构粘结剂材料。在顺序交联过程中，海藻酸钠优先与钙离子键交联形成“棚”网格，限制了超支化聚乙烯亚胺的自由运动，引导其像“藤蔓”一般通过氢键和离子键逐渐锚定在其周围的“网格”上。在该双网络中，与钙离子键交联的海藻酸钠维持了硅负极结构的完整性;锚定其上的超支化聚乙烯亚胺网络则通过其富含氨基的支链与硅纳米颗粒形成较强的多维氢键;该网络利用氢键和离子键的成键可逆性，反复耗散硅体积变化引起的机械应力，并自愈其结构性损伤。得益于双网络的多功能性，硅负极在电流密度为500 mA g^-1的情况下，经过100次循环后依然获得了2403 mAh g^-1的电化学性能。

Fig.1 Schematic diagrams of a Alg-HBPEI,b Alg-Ca-HBPEI crosslinking process, and c the interaction between Alg and HBPEI

Fig.2 FESEM and EDX mapping images of the Si/Alg-Ca-HBPEI anodes

Fig.3 a Comparison of charge/discharge for Si anode with different binders;b Discharge capacities of Si anode with different binders as a function of cycle number;c Cycle performance of Si anode with different binders at various charge/discharge rates

该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省纱线材料成形与复合材料加工技术研究重点实验室（开放项目计划）的大力支持。

论文DOI（https://doi.org/10.1007/s12598-023-02261-9）