硅材料的具有高比容量，低的充放电优点，将广泛用于制造下一代锂离子电池。但在重复的锂离子脱嵌和嵌入（充电和放电）过程中，硅材料体积膨胀，导致材料脱落、电解液消耗、不稳定固体电解质界面（SEI层）等问题，严重影响电池的循环寿命。开发一种能够有效缓解硅体积膨胀问题的新型生物基粘结剂材料，对于提升硅电极的性能具有重要的科学价值，同时对实现生物质资源羧甲基纤维素钠的高价值化利用具有重要的现实意义。
近日，我院电化学储能与电池材料研究团队孙兴燊老师与南京林业大学徐徐教授、中国林业科学研究院林产化学工业研究所王宏晓副研究员合作，将羧甲基纤维素钠和水性聚氨酯物理共混，构建具有氢键作用的水溶性粘结剂，并基于VASP软件进行了分子动力学模拟。研究发现，在羧甲基纤维素钠中引入柔软的水性聚氨酯，可以提升粘结剂的断裂伸长率、锂离子扩散系数以及降低粘结剂的杨氏模量，足以承受硅颗粒的巨大体积变化，同时促进电极表面形成稳定的SEI层，从而大大提升电池的循环寿命。
研究成果以“A water-soluble binder in high-performance silicon-based anode for lithium-ion batteries based on sodium carboxymethyl cellulose and waterborne polyurethane”为题，在线发表在国际权威期刊《Green Chemistry》（中科院一区TOP期刊，IF=9.3）。孙兴燊老师为第一作者，李学全博士、徐徐教授与王宏晓博士为共同通讯作者，必赢nn699net为论文第一完成单位。
全文链接：https://doi.org/10.1039/D4GC02666G