由于其較高的理論容量，硅（Si）已被視為傳統石墨的替代負極材料。然而，Si負極具有固有的體積膨脹和不穩定的固體電解質界面（SEI）而導致容量衰減快，這阻礙了其商業應用。

在此，中科院青島能源所崔光磊研究員、張煥瑞副研究員等人提出了一種人體肌腱內膜鞘啟發的水溶性雙網絡仿生粘結劑（DNB），用于解決硅負極的瓶頸問題。內膜鞘機械堅固，與膠原纖維、肌腱細胞和血管有很強的粘附性，這種粘合最吸引人的地方在于運動過程中實現的出色機械匹配（即適應體積變形和承受外部應力）和完美的粘合恢復。因此，所開發的DNB粘結劑顯示出優異的粘附性、機械性能和自愈能力，主要得益于其可逆的超分子混合網絡。

研究表明，DNB不僅可以通過良好的機械強度抑制Si電極在循環過程中的過度體積膨脹，而且可以消除Si顆粒體積變化產生的應力，實現電極膜的自我修復。此外，DNB還誘導了富含Li₃N/LiF的SEI層，有助于實現Si電極的優異循環穩定性。

圖1. 仿生DNB粘結劑的設計策略

正如預期的那樣，與傳統的聚丙烯酸（PAA）和果膠粘結劑相比，DNB可以實現更穩定的Si電極。在0.2 C下150次循環后，基于DNB的Si電極容量保持率（56%）明顯高于基于 PAA（41%）和果膠（36%）的Si電極。

令人印象深刻的是，具有DNB的Si負極（88.84%）表現出比PAA和果膠對應電極（分別為87.68和76.85%）高得多的初始庫侖效率。更重要的是，基于DNB的NCM811 （11 mg cm^-2）/Si全電池也可以獲得良好的循環性能，在0.1 C下50次循環后的容量保持率為86%，進一步證實了DNB粘結劑的實際應用可行性。因此，這種仿生粘結劑設計為實現長壽命的Si負極及進一步組裝鋰電池的實用性提供了一條有希望的途徑。

圖2. 基于DNB的Si負極電化學性能評估

An Endotenon Sheath-Inspired Double-Network Binder Enables Superior Cycling Performance of Silicon Electrodes, Nano-Micro Letters 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00833-5