锂离子电池以其高能效,长寿命,便携性和轻质等优点在众多储能器件中脱颖而出,在过去几十年中取得了巨大的成功。然而以电动汽车,人工智能和虚拟现实为代表的新型技术迫切需要锂离子电池在保证高安全性的前提下具有更高的能量密度。硅具有理论比容量高(4200 mAh g-1)、工作电压低和储量丰富等优点,很有希望代替石墨负极材料作为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但是硅在嵌脱锂过程中巨大的体积变化(高达300%)会破坏电极的完整性,从而导致电极容量的快速衰退。目前科学界已经认识到粘结剂可以极大的改善硅负极的循环稳定性。传统的聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂并不适用于硅负极,由于其与硅材料和铜集流体之间的弱范德华相互作用。研究者们在设计制备硅负极粘结剂方面做出了巨大的努力,开发了许多有效提高硅循环性能的粘结剂。但是,如何通过粘结剂的合理设计以解决硅负极面临的低首效、低活性物质含量和低面容量的问题仍然是重大挑战。针对硅负极粘结剂研究中存在的上述不足,本文设计制备了多种新型硅负极粘结剂以期望从粘结剂角度推动硅负极的研究。主要研究内容以及结果如下:(1)用于高首圈库伦效率(ICE)和高面容量硅负极的三功能粘结剂的制备与研究。本工作首先制备了部分锂化的聚丙烯酸(PAA)和Nafion,即P-LiPAA和P-LiNF。而后用硬质P-LiPAA和软质P-LiNF相混合构建了软/硬调制的三功能粘结剂(N-P-LiPN)。归因于良好的机械性能,高粘结强度和促进锂离子传输这三方面功能,采用N-P-LiPN粘结剂的硅负极(Si@N-P-LiPN)展示了超高的ICE和稳定的长循环性能。特别是,Si@N-P-LiPN电极实现了 49.59mAhcm-2的超高面容量。此外,Si@N-P-LiPN电极与三元正极进行匹配得到的全电池也展示了良好的循环性能,展示了 N-P-LiPN粘结剂的巨大应用潜力。(2)桃胶及环氧氯丙烷交联桃胶作为粘结剂用于高面容量硅负极。本工作使用环氧氯丙烷(ECH)作为交联剂与桃胶进行化学交联,制备得到了一个坚固的网络粘结剂(PG-c-ECH)。该粘结剂与硅颗粒之间丰富的结合位点,使得该粘结剂对硅颗粒具有强的界面粘结。化学交联使得该粘结剂的机械强度得到了提升,使其可以更好的承受充放电过程中硅颗粒的体积变化。采用PG-c-ECH作为粘结剂的硅负极(Si@PG-c-ECH)在2Ag-1下实现了稳定的长循环性能。此外,PG-c-ECH粘结剂可实现60.00 mAh cm-2的超高面容量。(3)生物聚合物在空气氛围热处理后作为高硅含量硅负极的粘结剂。本工作采用一系列生物聚合物(羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和羧化壳聚糖)为原料,将其在空气氛围中进行热处理。由于极性基团被破坏,聚合物的氢键合位点减少,但是色散力由于表面张力的降低而增加。同时,在热处理后聚合物的导电性有了一定的提升。热处理后得到的聚合物在硅负极中既充当粘合剂又充当导电添加剂,可以在没有其他导电添加剂的情况下使得硅负极在90 wt%硅含量的情况下较为稳定地循环。(4)κ-卡拉胶和魔芋胶的复配胶作为粘结剂用于高性能硅负极。受到食品加工工艺中多种食品胶复配使用的启发,我们选择已经被广泛用作食品添加剂的高安全性卡拉胶(KCG)和魔芋胶(KG)用于这项研究。通过KCG和KG之间的相互作用制备到了一个新型的三维网络粘结剂(N-KCG-KG)。由于KCG和KG的协同效应,采用N-KCG-KG为粘结剂的硅负极在低粘结剂含量(10wt%),高硅含量(80wt%)和较高硅质量载量(1.0 mgcm-2)下展示了稳定的循环性能。(5)瓜尔胶接枝聚丙烯酸作为粘结剂用于高性能微米硅和纳米硅负极。本工作以导离子生物聚合物瓜尔胶(GG)与丙烯酸(AA)为原料进行接枝聚合反应,制备得到了瓜尔胶接枝聚丙烯酸(GG-g-PAA)。GG-g-PAA中GG上丰富的醚基可以有效促进锂离子的传输,同时GG和PAA中丰富的含氧官能团可以与微米硅表面产生强相互作用,从而使得GG-g-PAA兼具导离子能力和强粘结能力。更为重要的是,GG-g-PAA具有优异的机械性能,能够有效的在微米硅电极的循环过程中束缚住粉碎的硅。电化学测试表明采用GG-g-PAA作为粘结剂的微米硅负极具有良好的循环稳定性,同时采用GG-g-PAA作为粘结剂的纳米硅负极也展示了极好的循环性能。