近日，我校材料与纺织工程学院陈超博士在“设计高性能锂离子电池硅负极粘结剂”取得重要进展，相关成果以《交联超支化聚乙烯亚胺作为高效多维锂离子电池硅负极粘结剂》 (Cross-linked hyperbranched polyethylenimine as an efficient multidimensional binder for silicon anodes in lithium-ion batteries) 为题，于2019年9月26日在线发表于国际著名电化学期刊《电化学学报》 （Electrochimica Acta），我校陈超博士为通讯作者和第一作者。

锂离子电池硅负极在充放电循环过程中剧烈的体积收缩和膨胀会导致负极电容量迅速衰退。有效抑制硅的体积效应成为了急需解决的关键问题。

在本论文中，首次采用了交联的超支化聚乙烯亚胺(PEI)作为锂离子电池硅负极粘结剂，该材料具有经济、环保、水溶性、高效等诸多优点。与传统的一维线性粘结剂相比，具有三维拓扑超支化结构和大量功能基团氨基的PEI粘结剂与硅纳米颗粒之间形成了更强的多维氢键，可以更有效地缓冲硅颗粒在成锂/脱硫过程中的体积变化。此外，PEI的交联三维网络限制了硅纳米颗粒的移动，并保持了硅负极的结构完整性。

通过优化交联剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚的用量，从而平衡PEI的多维氢键强度和机械强度，交联后的 Si/PEI硅负极显著提高了充放电循环性能，即在电流密度500 mA g^-1的充放电条件下，经过100次循环后，比容量依然能达到 2180 mAh g^-1 。

超支化PEI作为粘结剂的应用为制备高性能锂离子电池用硅基负极提供了崭新的道路。

Fig.1. (a) Comparison of charge/discharge for Si anode with different binder; (b) Discharge capacities 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; (d) Illustration of charge/discharge process of Si/cross-linked PEI anode; All the tests were taken between 0.03 and 3.0 V at room temperature.

该研究成果得到了浙江省自然科学基金和嘉兴市公益性研究计划等项目的大力资助。（论文DOI：10.1016/j.electacta.2019.134964）