硅(Si)以其高比容量(4200mAh g-1)以及含量丰富等优势被认为是下一代锂离子电池负极材料，但是Si在电池充放电的过程中存在着巨大的体积膨胀(>300%)，这导致电极材料的粉化、脱落，影响电池的循环稳定性。粘合剂作为电极的组成部分之一，在维持电极结构完整与改善电极的循环稳定性上起着至关重要的作用，如何选取适合的粘合剂组分并且合理设计粘合剂的结构成为了当前研究重点。为此，高分子科学与工程学院王庆富教授团队制备了一系列双交联网络水系橡胶粘合剂，以共价键和氢键共同作用来抑制适应Si的体积膨胀，以此来改善Si的循环稳定性，延长电极的循环寿命（见图1）。该成果以《Synergistic Double Cross-Linked Dynamic Network of Epoxidized Natural Rubber/Glycinamide Modified Polyacrylic Acid for Silicon Anode in Lithium Ion Battery: High Peel Strength and Super Cycle Stability》为题发表在材料科学领域著名期刊“ACS Applied Materials& Interfaces (ACS AMI，JCR一区TOP期刊，影响因子10.3)”期刊上。

PAA粘合剂和PAG/ENR粘合剂的工作机理

该项研究设计了一种环氧化天然橡胶(ENR)/甘氨酰胺盐酸盐改性聚丙烯酸(PAG)交联网络粘合剂，结合极性基团之间的氢键作用以及共价键反应，按照预先设计的双交联网络结构，构建了一种环保高效的应用于锂离子电池Si负极的水系弹性体粘合剂。由于伯胺基团与环氧基团的高反应活性，使得ENR的环氧基团与PAG的伯氨基团在较为温和条件下进行反应，产生共价交联，反应生成的羟基又能与PAG中剩余的羧基生成氢键，从而形成双交联网络结构，以此作为Si负极的骨架材料，包覆在Si颗粒周围，抑制其膨胀。同时，在该粘合剂体系中，粘合剂中的羧基和羟基可以与Si颗粒表面的含氧官能团形成氢键，可以对Si起到很好的固定作用。此外，在Si体积膨胀过程中ENR自身的弹性能够可逆拉伸与收缩，同样可以给Si提供一个反向的抑制力，实验结果表明这项研究工作制备的粘合剂能够有效改善Si电极的电化学性能与界面稳定性，为锂离子电池Si负极粘合剂的开发提供了一种新的思路。

文章的第一作者为高分子科学与工程学院研究生潘宏伟和徐郑帅，王庆富教授和曹兰博士为通讯作者，青岛科技大学为唯一通讯单位。本工作得到了科技部国际合作项目、山东省优秀青年基金、山东省自然科学基金和山东省青创人才团队计划等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c08038