题目：自愈合硅电极材料的制备及其电化学性能研究

       随着信息产业的不断发展和电子产品的不断更新，人们对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。目前实现商业化的锂离子电池负极材料多为碳材料，主要是由于其循环性能稳定，但理论容量却太低，所以远不能满足未来电动汽车对高能量密度电源的要求，因此科学家们致力于研究出具有高容量且循环性能好的锂离子电池负极材料。但就目前的研究状况来看，大多数的锂电负极材料还未实现广泛的商业化，主要是由于这些负极材料虽具有较高的理论比容量，但是在长期循环下，不可避免地会由于机械应力的存在而发生体积的变化，从而降低锂离子电池的使用寿命。硅就属于理论容量(4200 mAhg-1)极高且在地壳中含量丰富的一种锂电负极材料，但硅在充放电过程中会发生严重的体积膨胀效应。设想如果硅负极能够像自然界一些生物体一样具有自我修复的能力，那么锂离子电池将拥有极高的容量和无限期的使用寿命。来自斯坦福大学与美国 SLAC 国家加速器实验室的科学家们正是源于这样的设想，首次提出了自愈合电极的概念。

      为了研发出自愈合硅电极，本文在详尽描述了自愈合材料和硅负极材料发展历程的基础上，制备出一种氢键型自愈合弹性体SHP，并对其性能进行了一系列表征。将制备好的SHP与导电炭黑CB 进行掺杂后包裹Si颗粒制备得到具有愈合能力的SHP/CB/Si复合材料，对制备出的复合材料分别进行了结构及性能的表征，主要结论如下：

      1. 采用简单地两步有机合成反应制备得到自愈合弹性体SHP。SHP 是一种含有多重氢键的超分子网络状结构的物质。通过分析1HNMR和IR谱图，证明SHP中含有大量可形成氢键的酰胺键官能团。从XRD和DSC曲线分析，可知SHP是非晶态聚合物且玻璃化温度为17.8 ℃，因此，在室温下，若SHP发生断裂则断裂界面的高分子链段会通过氢键动态可逆重新组合实现自我愈合。拉伸测试和电阻测试表明SHP兼具力学及电学性能的自我修复能力。

      2. 利用简单地物理搅拌法可制备出导电自愈合材料SHP/CB，将其加热软化覆盖于Si颗粒的表层，得到SHP/CB/Si复合材料。通过XPS测试，表明制备出的复合材料中自愈合材料SHP与Si表面的氧化物相互作用强烈且结合牢固。首先分析当Si比例为10%保持不变时，调节SHP与CB的比例对SHP/CB/Si电极性能的影响。从SEM电镜下观察复合材料SHP/CB/Si的形貌发现，随着SHP与CB的比例逐渐增大，复合材料SHP/CB/Si的整体形貌由蓬松结构转变为密实结构，当SHP与CB的比例为1:2时，可以清晰的看到有一层导电聚合物覆盖着硅颗粒。通过对各个比例的样品进行电化学性能测试，证实当SHP与CB的比例为1:2、Si含量为10%时，复合材料Si-SHP/CB-1/2表现出优异的电化学性能，在电流密度为500 mAg–1时，其首次比容量高达3766 mAhg–1，首次库伦效率为63.0%，经过400圈的循环后其比容量仍然可以保持在2798 mAhg–1，容量保持率为74%。

      3. 通过研究确定了SHP与CB的最佳比例为1:2，保持该比例不变，研究Si比例的变换对SHP/CB/Si电极性能的影响。SEM照片显示，随着Si比例的增加，大面积的Si颗粒暴露，只有当Si的比例为10%时，才可以清晰的看到一层导电愈合材料SHP/CB包裹着Si颗粒。电化学性能测试表明，一系列不同Si含量的电极材料的首次库伦效率值均较高，其中SHP/CB/Si-10电极显示出优越的循环性能，与复合材料Si-SHP/CB-1/2为同一物质，即Si含量为10%，SHP:CB=1:2的复合材料，用三种物质的质量比来表示记作SHP/CB/Si（3:6:1）。SHP/CB/Si（3:6:1）电极循环过程中的SEM显示，循环初期电极材料出现大面积裂缝，50次循环后自愈合硅电极表层的裂缝有愈合的现象，250圈循环之后取样观察自愈合硅电极，发现表层的裂缝已然完全愈合，这一愈合过程中是由导电聚合物SHP/CB中的氢键型自愈合弹性体SHP起主要作用。