随着锂离子电池能量密度的持续提高，传统的石墨材料已经无法满足高比能电池的需求，Si材料理论容量可达4200mAh/g（Li4.4Si），嵌锂电压与石墨材料接近，是一种理想的负极材料。但是Si负极在嵌锂后体积膨胀高达300%以上，这不仅仅会造成Si颗粒自身的粉化与破碎，还会破坏电极的结构，导致活性物质剥落，同时反复的体积膨胀还会造成电极的导电网络的破坏，引起部分活性物质无法参与充放电反应，同时巨大的体积膨胀还会造成负极SEI膜的破坏和再生长，这都会导致Si负极的循环性能远远不如石墨材料。因此Si负极的应用需要从两大方面着手：1）做好电极结构的稳定性，减少体积膨胀导致的活性物质损失；2）改善SEI膜的结构稳定性，减少电解液的分解和活性Li的消耗。

德国莱布尼茨固态与材料研究所(IFW)的Tony Jaumann（第一作者、通讯作者）等人对FEC添加剂、CMC/SBR和PAA粘结剂对纳米级Si材料的SEI膜的形成与性能做了深入的研究和分析，研究表明在电解液中添加FEC后Si负极表面形成的SEI膜更薄，Si负极的循环性能也更好。粘结剂对于SEI膜也有一定的影响，采用PAA粘结剂的Si负极循环后表面的SEI膜要更厚，但是SEI膜的成分没有大的变化。

SEI膜的稳定性对于Si负极而言至关重要，而电解液添加剂是提高SEI膜稳定性的关键，众多的研究都表明在电解液中添加FEC能够显著的改善Si负极的循环性能，这主要因为FEC添加剂能够优化SEI膜的结构和成分。通常我们认为电解液是影响SEI膜的唯一因素，但是实际上在Si负极中粘结剂中含有一些官能团（例如RCOOH）能够与Si负极的表面发生作用，从而改变Si负极表面的一些电化学特性，因此也会对Si负极SEI膜的成分和结构产生影响。

实验中Tony Jaumann研究分析了FEC添加剂，以及CMC/SBR和PAA两种粘结剂对于纳米级Si负极（5nm）循环性能、SEI膜的结构和成分等的影响。纳米级的Si颗粒由于比表面积比较大，因此在空气环境中会发生缓慢的氧化，因此在CMC/SBR体系和PPA体系两种浆料制备的过程中纳米Si颗粒的表面特性可能会发生改变。从下图b的XPS分析结果可以看到Si 2p图中在99.9eV和104eV处我们能够观察到两个峰值，这两个峰分别代表Si和SiO2，而介于两者之间的是Si的一些亚氧化物，这表明实验中无论是采用CMC/SBR粘结剂还是PAA粘结剂在电极制备过程中都会导致纳米Si的表面氧化。

前面我们曾经提到由于粘结剂中含有一些官能团能够于Si负极发生作用，改变Si负极的表面特性，从而对SEI膜的形成产生影响，在这里Tony Jaumann也对比了CMC/SBR和PAA两种粘结剂对于Si负极SEI膜的影响。从下表中我们能够注意到在PAA粘结剂中Si元素含量明显低于CMC/SBR粘结剂，但是C元素的含量却明显增高，这都表明在PAA粘结剂中Si负极表面形成了更厚的SEI膜，但是粘结剂不会对负极SEI膜的成分、种类产生大的改变。

Tony Jaumann的工作表明在电解液中添加FEC能够显著的提升Si负极的循环性能，这主要是因为FEC添加剂能够帮助形成更薄、更稳定的SEI膜，避免SEI膜在循环过程中持续的生长。粘结剂的选择对SEI膜的生长又一定的影响，例如PAA粘结剂中会形成更厚的SEI膜，但是粘结剂的选择不会对SEI膜的结构和成分产生大的影响。

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SEI-componentformation on sub 5 nm sized silicon nanoparticles in Li-ion batteries: the roleof electrode preparation, FEC addition and binders, Phys.Chem.Chem.Phys., 2015, 17, 24956,Tony Jaumann, Juan Balach, Markus Klose, Steffen Oswald, UlrikeLangklotz, Alexander Michaelis, Ju ̈rgen Eckert and Lars Giebeler

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