锂离子电池由于工作电压高、能量密度大、寿命长等优点吸引了广泛的关注。随着新能源汽车的发展,高容量和高性能负极材料已经成为锂离子电池的研究热点之一。硅材料由于具有高的理论比容量、自然丰度大和放电平台低等优点,而受到大家的关注。但是,在嵌锂和脱锂过程当中,硅电极发生巨大的体积膨胀而造成容量的衰减,限制了高容量硅负极材料的应用。粘结剂是锂离子电池的重要组成部分,商业化的电池一般使用PVDF为粘结剂。但是将PVDF粘结剂作为硅负极的粘结剂应用到锂离子电池中,在一定程度上不能抑制硅体积膨胀。本文选择具有高的机械性能和良好的热稳定性的聚酰亚胺(PI)为硅负极粘结剂,研究的内容主要包括以下几个部分:(1)比较了PI、PVDF和PAA-CMC三种粘结剂的机械性能和热稳定性能,从而得出PI有着优异的机械性能和热稳定性能,能够作为硅负极的粘结剂。研究了粘结剂含量对电池电化学性能的影响,结果表明,当硅的含量为50%,粘结剂的含量为25%,导电剂的含量为25%时,硅电极有着较高的首次比容量,为963 mAh g-1。并且对该电极进行不同温度的退火处理,可以得出经过退火处理能够重塑硅电极的表面形貌而提高硅电极的电化学稳定性。经300℃退火处理的硅电极的首次可逆容量为1195.6 mAh g-1,50次循环之后的可逆容量为843.3mAh g-1,容量保留率为70.5%。(2)以PI为粘结剂和以PAN为碳源的前驱体,制备了核/壳结构的纳米硅复合材料。研究了不同碳化温度对得到的核/壳结构的纳米硅复合材料的电化学性能的影响。随着碳化温度的升高,核/壳结构的纳米硅复合材料电化学性能均增加。这是因为在纳米硅的表面形成致密的碳壳,提高了纳米硅的导电性,有利于锂离子的嵌入和保护了硅核结构。研究结果表明,经500℃处理的硅电极的电化学性能最优,其首次可逆容量为2813.3 mAh g-1,50循环之后,该电极的可逆容量为1663.5 mAh g-1,容量保留率为59.1%。(3)使用混合粘结剂PI和醋酸纤维素(CA)为硅负极粘结剂。利用PI的机械性能和稳定性以及CA分子结构中的酯基官能团的优势,做成的混合粘结剂,对硅电极有一定的稳定作用。研究结果表明,经350℃热处理的硅电极,其首次库伦效率为85.2%和首次可逆容量为2132.8 mAh g-1,50次循环之后,可逆容量为1459.6 mAh g-1,容量保留率为68.4%。(4)使用混合粘结剂PI和聚苯(PBP)为硅负极粘结剂。利用PI的机械性能和稳定性以及PBP分子结构中含有大共轭体系,做成一种新型的聚合物粘结剂。该混合粘结剂做成的硅电极经400℃热处理之后,首次可逆容量为1890.3mAh g-1,50次循环之后,可逆容量为1270.3 mAh g-1,并且具有较好的倍率性能,在高的600 mA g-1电流密度下,可逆容量还可以维持到1648.1 mAh g-1。