摘要
水性粘结剂对锂离子电池的电极性能有重要影响，已成为粘结剂发展的重要方向。目前，国内负极水性粘结剂主要采用进口的丁苯橡胶（SBR）乳液和羧甲基纤维素（CMC），国产化率较低。同时，传统水性粘结剂存在粘结强度低和机械强度差等问题，难以适应新型硅基负极材料的应用。本文通过设计官能团、改变聚合工艺等方式调节聚合物粘结剂的结构，并以无皂乳液聚合的方式制备丙烯酸酯乳液粘结剂，旨在为广泛使用的石墨负极水性粘结剂提供国产替方案，为硅基负极设计一种粘结强度高，兼具强度与柔韧性的粘结剂，提高硅基电池的循环寿命。 采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠（AMPS-Na）为反应型乳化剂，以丙烯酸（AA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯腈（AN）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为单体，通过一锅法无皂乳液聚合工艺合成乳液型粘结剂ABAM。其中ABAM-0.2AA乳液相较于SBR乳液，有更高的粘结性能，更低的电化学阻抗，更优异的化学稳定性，ABAM-0.2AA聚合物在电解液中的溶胀率仅为2%，ABAM-0.2AA石墨电极在0.2C电流密度下循环600圈后，电极的容量保持率为75.93%，高于SBR电极的48.87%。ABAM-0.2AA乳液可替代进口SBR乳液粘结剂作为石墨负极粘结剂。 在上一个工作的基础上，针对硅基材料的特点，通过调整单体比例，聚合工艺，制备了具有核壳结构的乳液粘结剂ABM，壳层带有羧基、氰基、磺酸基团，提供机械强度和粘结性能，核层具有长的软链结构，可缓冲硅基材料体积膨胀引起的应力。研究了ABM乳液粘结剂在SiC500、SiO1400体系中的影响。在SiC500体系中，ABM电极首次库伦效率90.52%，与SBR电极相当，高于海藻酸钠（SA）电极，0.2C电流密度下循环200圈后比容量仍有292.05mAhg-1，容量保持率58%。在SiO1400体系中，ABM电极在0.2C电流密度下循环100圈后比容量仍有538.36mAhg-1，容量保持率38.4%，而对比样SBR电极比容量仅为134.83mAhg-1，容量保持率9.96%；SA电极比容量62.63mAhg-1，容量保持率5.27%。ABM外硬内韧的核壳结构，在体积变化更大的硅氧体系中表现更优异，说明具有适当强度和韧性的粘结剂可以有效改善硅基电池的电化学性能。
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