硅材料的理论比容量高达4200 mAh/g,是目前商用石墨材料(370 mAh/g)理论容量的10倍以上,被视为理想的下一代锂离子电池负极材料。但是硅在嵌锂和脱锂的过程中会发生300%的体积膨胀,导致了容量快速降低。粘结剂作为锂离子电池中的重要组成部分,发挥着粘结活性材料与集流体,保持电池循环过程中电极结构完整性的作用。因此,开发新型高性能粘结剂,有助于提高硅负极材料的性能。本论文的主要工作内容和创新点如下:1、通过过氧化氢氧化制备了不同氧化程度(1%、5%、10%、20%、40%)的氧化淀粉(OS)。将不同氧化程度的氧化淀粉分别用作纳米硅(SiNPs)粘结剂,进行电化学性能的测试分析。结果表明,SiNPs/OS(40%)具有最佳的电化学性能,在0.4A/g的电流密度下,循环100圈后,具有72.1%的容量保持率,在8 A/g的大电流密度下具有1123 mAh/g的放电容量。SiNPs/OS(40%)具有好的电化学性能是由于其具有多的羧基可以与硅表面的羟基反应,加强粘结剂与纳米硅的结合。2、首次通过硼砂使氧化淀粉和羧甲基纤维素钠(CMC)交联制备出具有3D网络结构的OS-CMC粘结剂。研究发现,OS-CMC具有比OS和CMC好的热稳定性、化学稳定性和机械性能。将OS、OS-CMC、CMC粘结剂用作SiNPs和微米硅(SiMPs)的粘结剂,SiNPs/OS-CMC和SiMPs/OS-CMC都表现出最好的电化学性能。在0.4 A/g的电流密度下循环100圈后,SiNPs/OS-CMC和SiMPs/OS-CMC的容量保持率分别为73%和57.3%。在8A/g的大电流密度下SiNPs/OS-CMC具有1667 mAh/g的放电容量。180°剥离测试发现OS-CMC粘结剂具有比OS和CMC强的粘结强度。OS-CMC的3D网络结构可以有效的缓解硅材料的体积膨胀,避免了硅材料的脱落,保持了电极的完整性。3、设计制备了淀粉-海藻酸钠(ST-Alg/Ca2+)粘结剂。将ST、ST-Alg/Ca2+、Alg分别用作纳米硅负极粘结剂,SiNPs/(ST-Alg/Ca2+)表现出最佳的电化学性能,在0.4 A/g的电流密度下,ST-Alg/Ca2+的首次库伦效率为82.6%,高于SiNPs/ST和SiNPs/Alg的79.3%和78.5%,循环100圈后,SiNPs/(ST-Alg/Ca2+)的容量保持率为72.4%,高于SiNPs/ST和SiNPs/Alg的56.7%和57.3%。在8 A/g的大电流密度下具有1202 mAh/g的放电容量。通过CV法计算了得出SiNPs/(ST-Alg/Ca2+)具有最大的锂离子扩散系数。ST-Alg/Ca2+的交联结构有助于保持电极循环过程中的完整性。