随着锂离子电池能量密度的持续提升，传统的石墨负极已经无法满足高比能锂离子电池的设计需求，硅负极材料的理论比容量达到4200mAh/g（Li4.4Si）是石墨材料的十倍以上，且嵌锂平台与石墨接近，是一种理想的负极材料。然而硅负极材料在完全嵌锂的状态下，体积膨胀高达300%以上，这不仅会造成材料颗粒的粉化和破碎，还会造成电极结构和SEI膜的破坏，引起含硅锂离子电池循环寿命的衰降。
解决硅负极体积膨胀对电极结构的破坏，需要从多方面着手，其中粘结剂是*为有效的方法之一。传统的锂离子电池中采用PVDF作为粘结剂，但是大量的实验表明PVDF粘结剂在含硅负极中的性能表现并不好，而CMC类和PAA类等粘结剂在硅负极中的表现相对较好。近日，美国阿贡国家实验的Binghong Han（**作者）和John T. Vaughey（通讯作者）、Baris Key（通讯作者）等人对PVDF和LiPAA两类粘结剂在Li7Si3中的稳定性进行了研究，结果表明PVDF更容易与Li7Si3发生反应，影响PVDF的骨架结构，从而影响硅负极的循环性能。
实验中为了模拟粘结剂在锂离子电池内的环境，作者首先采用纯Si和金属Li进行研磨混合，在高温下反应制备了Li7Si3材料，然后在氩气保护下与10%粘结剂进行混合。下图为Li7Si3，以及Li7Si3分别与PVDF和LiPAA粘结剂混合后的材料的核磁共振图谱，从下图a的Li核磁共振图谱能够看到其主峰都是Li7Si3，但是与PVDF混合的样品发生了一个较大的偏移，表明Li7Si3材料损失了部分Li，同时我们也在主峰的旁边观察到了一个新形成的峰，这表明PVDF粘结剂与Li7Si3发生了反应，而相比之下与LiPAA粘结剂混合的Li7Si3则要稳定的多，主峰没有偏移，仅为0和-17ppm处出现了一个非常小的峰。
在Si的核磁共振图谱中我们也观察到了同样的现象，Li7Si3与PVDF混合后，在0-100ppm的范围内形成了一个新的宽峰，这是一个含Li量远远低于Li12Si7的新相，而且其主峰也出现了明显的降低。而相比之下，与LiPAA混合的Li7Si3材料的峰并没有出现显著的改变。上述实验数据表明在与Li7Si3材料接触时LiPAA粘结剂比PVDF粘结剂更加稳定，副反应更少。
为了进一步分析PVDF，以及LiPAA与Li7Si3材料的反应，作者采用拉曼光谱对材料进行了分析，从下图a能够看到Li7Si3材料与30%的PVDF混合后，在840/cm处出现了一个新的峰，这表明PVDF可能与Li7Si3材料反应生成了新的Si-O类、Si-F或Si-CH3类产物，同时我们还在362/cm处观察到了一个宽阔的峰，这表明Li7Si3材料可能因副反应失去部分Li后生成了Li12Si7成分。
从下图b能够看到Li7Si3材料在与30%的LiPAA混合后，其特征峰没有发生明显的偏移，表明Li7Si3材料与LiPAA之间没有发生显著的反应，仅观察到了少量的Li12Si7的特征峰。
从上面的核磁共振和拉曼光谱测试数据不难看出，相比于LiPAA粘结剂，PVDF粘结剂在与Li7Si3材料接触时更容易发生副反应，这一方面会导致Li7Si3材料失去部分Li，并产生新的反应产物，而另一方面这也可能会导致PVDF粘结剂结构的破坏。因此，作者也采用核磁共振对于PVDF粘结剂中的H、C和F元素进行了分析，我们从下图H元素的核磁共振图谱中能够看到，当PVDF粘结剂与Li7Si3材料接触后，H元素的特征峰明显变宽，这是因为Li会破坏PVDF中的C-H和C-C键，因此改变了H所处的化学环境。
从下图c我们能够看到，虽然PVDF粘结剂与Li7Si3材料出现了较多的副反应，但是我们并没有在反应产物中见到LiF，这表明PVDF中的C-F键比较牢固，不会被轻易破坏，但是也可能是生成了气体的HF而无法被探测到。这表明Li7Si3材料与PVDF的副反应更容易导致键能较低的C-C和C-H键发生破坏，而键能较高的C-F键受到的破坏则比较小。
粘结剂与Li7Si3材料之间的稳定性也会直接体现在循环性能上，从下图采用PVDF和LiPAA两种粘结剂的扣式电池的循环性能可以看到，如果采用PVDF作为粘结剂，电池在仅仅循环几次后充电容量和放电容量就会降低到0，而如果采用LiPAA作为粘结剂，扣式电池的循环性能则会得到大幅的提升。
Binghong Han的工作表明，PVDF粘结剂在与嵌锂后的硅材料接触时，稳定性较差，会发生副反应，破坏PVDF中的C-C和C-H键，并消耗活性Li，因此会导致硅负极锂离子电池的循环性能大幅下降，而LiPAA材料与嵌锂后的硅负极材料接触时则要稳定的多，副反应较少，因此能够保证硅负极锂离子电池更好的循环性能。