电动汽车长期续航及便携式可移动储能设备的需求激发人们持续开发高能量密度的锂离子电池。目前,以石墨和钛酸锂氧化物为主的锂离子电池负极材料的发展已经日趋成熟并实现商业化,然而其低的理论比容量严重限制了电池能量密度的提升。硅的理论比容量高达4200 m Ah g-1,几乎是石墨的10倍,因而备受人们瞩目。硅负极材料发展过程中遇到的核心问题是充电时锂离子会嵌入硅晶体内部晶格间,引起体积膨胀,造成电极结构的破坏,使得电池的循环寿命得不到保障。相比于构筑特殊形貌的硅纳米材料、硅表面修饰、包覆等方法,制备合适的粘结剂能够有效应对硅体积膨胀的问题,同时更有助于简化制作工艺、控制生产成本、实现规模化生产,为硅负极材料的商业化应用奠定基础。为了满足开发新型硅负极粘结剂的需求,本论文从含有丰富羧基官能团的线性聚丙烯酸（PAA）出发,通过物理共混和化学改性的方法,制备了一系列基于改性PAA的新型负极粘结剂材料,系统研究了粘结剂材料的理化性能及其应用于锂离子电池硅负极的电化学性能,评估了影响电池性能的多元因素,优化出最佳的粘结剂组分,获取若干种具有优异性能的改性PAA硅负极粘结剂,并有望为体积变化较大的电极材料设计低成本、高效率的粘结剂提供新的思路。本论文的主要研究内容和结论简述如下:（1）通过简单的复合工艺,将两种已经商品化的聚合物即PAA与聚乙二醇（PEO）以不同比例共混,制备了一系列以分子间氢键为物理交联位点的PAA-PEO复合物,并将其用于高能量密度的硅负极材料的粘结剂。傅立叶红外光谱、X射线衍射、热力学性能测试等证明PAA-PEO是一种均相、稳定的复合物,而且柔性PEO的加入提高了复合物的离子导电性和弹性,拉伸测试表明PAA-PEO能承受远大于PAA的形变而不断裂,对于缓解硅负极材料的体积变化更加有效。虽然PEO的加入会阻碍一部分羧基与硅的相互作用,使得电极的剥离强度随着PEO含量的增多有所下降,但在离子导电性、弹性、粘附强度等因素相互平衡的条件优化下,PEO的添加量为7.5 wt%时,对应的Si/PAA-PEO7.5电极表现出了最优异的电化学性能。在0.2 C和0.5 C倍率下经过100圈的循环后,Si/PAA-PEO7.5电极的可逆比容量分别维持在2346 m Ah g-1和1885 m Ah g-1,显著优于以纯PAA为粘结剂的参照体系。这项研究表明,通过简单的物理共混引入柔性PEO链和分子间氢键,即可在较低的掺杂比例下改善PAA的机械强度和作为粘结剂的电化学性能,这种简易有效的方式为设计低成本、高效率的粘结剂提供了新的思路。（2）在第一部分工作的基础上,进一步通过丙烯酸（AA）与大分子单体寡聚乙二醇丙烯酸酯单甲醚（m OEG-AA）的共聚制备了一系列无规共聚物P（AA-EG）,并系统研究了共聚物材料用于硅负极粘结剂的性能表现。P（AA-EG）共聚物中的羧基与寡聚乙二醇（OEG）链段之间可以形成氢键相互作用力,并且无规共聚的结构使两种单体的分布更加均一,预期可赋予材料更好的机械性能和作为粘结剂以维持电极结构稳定性的潜力。电极的剥离测试表明OEG链段的增加并没有大幅度的降低粘结剂的粘附作用,而且粘附强度几乎是共混体系的两倍,这一特性有利于维持电极的结构并提高电极上活性物质的负载量。拉伸测试表明P（AA-EG）能承受80%的形变而不断裂,能在一定程度上应对充放电过程中硅颗粒反复的膨胀和收缩。电化学测试表明OEG单体的共聚比例为7.5 wt%时,对应的Si/P（AA-EG7.5）电极在0.2 C和0.5 C倍率下经过100圈的充放电循环后,Si/P（AA-EG7.5）电极的可逆比容量分别达到了2697 m Ah g-1和2453 m Ah g-1,而且在随后的循环过程中,电极容量衰减缓慢,持续循环到200圈过程中每圈容量衰减不足4 m Ah g-1。另外,硅负载量达到0.8 mg/cm~2时,Si/P（AA-EG7.5）电极循环100圈后保留高达2388 m Ah g-1的比容量。Si/P（AA-EG7.5）的循环性能均显著优于以纯PAA和PAA-PEO复合物为粘结剂的参照体系。通过简单的无规共聚获得的P（AA-EG）粘结剂,为进一步设计和优化硅负极快速充放电以及提高电池能量密度提供了新的思路。（3）受前两部分的工作启发,化学共聚的方法可以有效调节PAA的力学特性。基于此,通过由线性PEO、AA和共聚单体N-丙烯酰基-6-氨基己酸（A6ACA）、水为溶剂组成的原液的光引发聚合制备了高弹性的三元复合物P（A6ACA-AA）-PEO,并研究了P（A6ACA-AA）-PEO弹性体的拉伸性能以及室温条件下的自修复性能。弹性体中PEO和P（A6ACA-co-AA）共聚物链之间形成了以动态氢键进行物理交联的三维聚合物网络和拓扑链缠结。研究表明弹性体显示出1.73 MPa的高机械强度,最大可以拉伸至其初始长度的24倍。更重要的是,由于柔性分子A6ACA的加入降低了弹性体的玻璃化转变温度,从而促进了聚合物链的流动性和氢键的重组,使弹性体保留相对高的机械强度的同时还具有优异的自修复性能,在温度为25℃和湿度为60%的限定环境中,受损的弹性体经过24 h的修复,几乎能恢复到原始状态的力学强度和形变量。这种柔性分子结合PAA提高弹性的策略对于锂离子电池的粘结剂同样适用,尤其是对于体积变化大的硅负极材料更具有吸引力。（4）在第三部分工作的基础上,通过AA与A6ACA的化学共聚在PAA骨架上引入A6ACA片段,得到化学改性PAA的共聚物,研究了含有7.5 wt%A6ACA的共聚物P（A6ACA7.5-AA）作为锂离子电池硅负极粘结剂的电化学性能。Si/P（A6ACA7.5-AA）电极经过100圈的充放电循环后的可逆比容量为2392 m Ah g-1,而且在随后持续的循环过程中容量衰减缓慢,200圈循环后的比容量依然保持有2031 m Ah g-1,体现出强优势的电化学循环稳定性。为进一步提高粘结剂的性能,将PEO作为第三组分引入,以结合PEO链的柔韧性和与锂离子络合的能力。将线性PEO添加到共聚物中进行物理共混,制备了同时含有A6ACA、AA和PEO的三元复合物,并初步探索了含有A6ACA的P（A6ACA7.5-AA）-PEO三元复合物材料作为新型硅负极粘结剂的表现。三元复合物的粘结剂兼具多重氢键的结合位点以及柔性A6ACA和PEO链段的迁移能力,为氢键的重建提供了条件。通过调整PEO的比例以优化三元粘结剂最佳的结构组成,当复合物中PEO添加量为5 wt%时,体系中各种效应包括PAA的刚性、多位点氢键、柔性链段的迁移能力、锂离子导电能力等达到平衡,从而得到性能更加优异的硅负极粘结剂,Si/P（A6ACA7.5-AA）-PEO5电极经过100圈的充放电循环后的可逆比容量提高到2600m Ah g-1。该项工作为研究柔性链段、丰富官能团、粘附性、导电性等功效的聚合物粘结剂提供的方向,而且新单体的引入结合无规共聚的策略,有望为设计和开发新型的改性PAA粘结剂材料提供更大的空间。