研究人员使用水作为溶剂，采用一种简单的一步法来制造一种环境友好的水溶性聚酰亚胺前体盐，用作硅阳极的粘合剂。然后可用于制造具有高放电容量和良好循环性能的锂离子电池。
近年来，电动汽车 (EV) 和储能系统 (ESS) 已迅速生产，作为化石燃料消耗的替代品，以最大限度地减少温室气体排放。这些系统使用锂离子电池 (LIB)，它具有多种理想特性，包括高工作电压、高能量密度和低自放电率。然而，要使 EV 和 ESS 的商业化取得成功，必须增加 LIB 的能量密度。
硅的应用和局限性
LIB 能量密度问题的一个可行解决方案是使用硅基阳极。与普通石墨阳极相比，它大量存在并且具有极高的理论放电容量和低工作电压。
尽管有这些优势，但硅基电极的生产仍然存在一些问题。例如，这些电极在锂化过程中会发生 300% 的形态变化。
|频繁的锂化和脱锂过程会对硅电极产生显着的机械应变，导致硅活性元素断裂和铜集流体腐蚀。这减少了接触面积和电阻升高，这显着损害了硅电极的循环性能。
一种用于合成聚酰亚胺 (PI) 的环保技术
以前，由于聚酰亚胺 (PI) 具有优异的机械性能、化学惰性、耐热性和不渗透性，因此通过采用聚合粘合剂改性技术最大限度地减少了硅阳极的劣化。然而，聚合过程需要具有高极性的溶剂，如二甲基乙酰胺和 N-甲基 2-吡咯烷酮。由于这些有机溶剂的有害环境影响和高成本，近来它们在工业部门中的使用受到极大限制。
在这项工作中，研究人员创造了一种既环保又经济的聚酰亚胺水基合成工艺。通过将有机碱加入水中，可以一步生成水性聚(酰胺酸)盐。此外，与传统的有机基 PAmA 相比，水溶性 PAmAS 可以降低酰亚胺化温度。
研究方法
首先，研究人员使用 100mL 去离子水烧瓶与 25mmoL DMIZ 和 10mmoL 二胺混合，在 N2 环境中制备水溶性聚盐 (W-PAmAS)。在70摄氏度下加热并搅拌溶液18小时。
聚合后，形成具有橙棕色外观的粘性混合物，其在W-PAmAS-30水性溶液中的特性粘度为0.46 dL g-1。之后，铜箔覆盖有硅电极水溶液，包括 SiNP、导体和新制备的 W-PAmAS。
使用辊子修改硅电极的厚度，然后将其切成宽度为 12 毫米的圆盘，并在真空中在 150 摄氏度下处理 6 小时。使用CR2032锂金属电池测试硅电极的电解特性。
水性聚酰亚胺合成技术的意义
在这项工作中，一种简单且具有成本效益的方法为硅阳极生成了一种环保的水溶性 PI 粘合剂(W-PAmAS)。将聚酰亚胺粘合剂添加到硅电极时形成的强共价连接大大减少了整个合金化和脱合金过程中硅电极的体积变化。此外，由于在加热 W-PAmAS 时达到了 >90% 的酰亚胺化水平，因此报道的这种低温技术有助于防止在 LIB 电极生产过程中对铜集流体的不良腐蚀。
带有硅电极和水基 PI 粘合剂的电池表现出优异的催化性能，在 200 次循环后仍保持其初始放电容量的 91.3%，即使在高电流密度下也表现良好。此外，水性 PI 粘合剂的粘合强度几乎是标准 PAA 粘合剂的两倍。这些令人难以置信的结果是由于更好的共价键合抑制了 Si 电极的形态改变。
总而言之，可以说这种新技术为合成环保型水溶性粘合剂作为硅负极的粘合材料提供了很大的希望，该粘合剂具有足够的锂离子电池电化学性能。
