随着电子设备和电动汽车等的普及，人们对于电力能源的需求日益增加，锂离子电池由于具有比容量大、绿色环保、安全无污染、可循环充放电等优点而得到快速发展^[1-3]。其中，硅基负极由于其比容量可达4200mAh/g，甚至比商业化的石墨电极高出10倍，其还有较低的脱嵌锂电位，以及丰富的自然资源，安全性和环境友好性等优点^[4-7]，因而备受关注。然而由于硅电极材料在使用过程中的体积变化将近300%，导致其在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落，使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触，同时不断形成新的固相电解质层SEI，最终导致电化学性能的恶化和循环寿命的下降^[8]。

现在已有诸多方案来尝试解决硅电极使用过程中的循环稳定性问题。其中有很多研究设计了从零到三维的硅基纳米结构材料，特别是其分层结构(多孔或空心结构、核-壳、蛋黄-蛋壳），来尝试改善其循环性能^{[9 - 11]}。然而,其中的大多数材料的制备都过于复杂，难以规模化。此外，这些改性的纳米结构或多孔结构材料往往比表面积大，粒间阻力大，振实密度低。这些特点导致了其初始库仑效率低(ICE)、体积容量小，因而不适合于实际应用。

另外还有研究设计合成了碳硅复合材料，炭材料由于具有良好的循环稳定性能和优异的导电性而用于与硅的复合，比较典型的是使用共形合成的多层石墨烯笼子封装SiMP（约1-3 mm）^[12]。石墨烯具有柔性度好、纵横比高、导电性优异和化学性能稳定等优点。良好的柔性使得石墨烯易于与活性物质复合得到具有包覆或层状结构的复合材料。石墨烯笼在电池多次循环过程中，对硅微粒起到了一个柔性缓冲的作用，使得SiMP在笼内膨胀和破裂的同时还能保持复合材料表面上良好的电气连接和SEI稳定性。

另一方面，良好的电极粘合剂可以更大程度地承受Si体积变化并降低对活性材料结构的严格要求。传统的PVDF粘合剂由于其于集电体和硅微粒间较弱的范德华力，而不适用。目前已经探索、研究并合成了多种聚合物，天然多糖及其衍生物作为粘合剂来改善Si电极的电化学性能^[13,14]。除了CMC和海藻酸钠之外，还发现聚（丙烯酸）（PAA）及其衍生物可以通过其羧基或羟基与Si微粒表面层上氧化硅的羟基形成氢键结合，用作Si电极的高效粘合剂^[15]。最近，基于滑轮原理，Choi S等^[16]提出了一种用于硅阳极的粘合剂，将少量（5wt％）聚轮烷（PR）（包含聚乙二醇（PEG）线和2-羟丙基功能化的α-环糊精（α-CD）环）与聚丙烯酸（PAA）共价交联，仅仅5wt％聚轮烷的加入就使得高分子网络具有很高的可伸缩性和弹性，通过“滑轮”的移动，可以大幅降低在硅电极在膨胀过程中施加在聚合物网络上的张力，使得硅微粒在重复（脱）锂化过程中即使粉碎也能保持连接而不分离。而在随后的脱锂过程中，环通过熵排斥由高能态回到了基态，使得在循环过程中经历大的体积改变的高容量锂离子电池电极能够保持电极形态，在面积容量约为2.5 mAh/cm² (0.2 C)时，实现了较长的循环寿命。另外，最近许志新等^[17]设计合成了一种水溶性聚合物粘合剂，聚（丙烯酸）-聚（丙烯酸2-羟乙酯 - 共聚多巴胺甲基丙烯酸酯）（PAA-P（HEA-co-DMA））。其多重网络结构兼具刚性和柔性的链和键，并在电极制备过程中原位形成了特殊的自愈能力，不仅提供了足够的机械支撑同时也缓冲了SiMPs体积变化引起的应变。因而可以显著提升在高可逆容量和电极负载条件下的循环稳定性和倍率性能。

此外，导电聚合物由于自身具有导电性好以及易于进行结构设计等优点而可以与硅负极材料复合制备硅导电聚合物复合材料。曾文武等^[18]提出了一种用于高性能硅阳极的具有高离子导电性和电子导电性的新型高分子粘结剂，通过化学交联，化学还原和静电自组装将离子导电的聚环氧乙烷（PEO）和聚乙烯亚胺（PEI）组装到电子导电的PEDOT：PSS链上来制备粘合剂。其优异的锂离子和电子传输性能，其分别比广泛使用的羧甲基纤维素（CMC）（含乙炔黑）粘合剂体系高14和90倍。通过交联和静电相互作用使其获得了较高的模量，有助于保持Si阳极体积膨胀和收缩时的完整性。显示出了较强的脱锂速率能力，循环稳定性，较高的可逆容量和初始库仑效率（ICE）。提供了一种新的基于导电聚合物来设计硅基锂离子电池的思路，然而其制备过程仍然较为复杂，难以实现商业化。

因此，以导电聚合物为基础，构建一个可伸缩的包围硅粒子的三维网络结构有望很好的解决硅负极在充放电过程中的膨胀问题以及电接触问题。单宁酸（TA）是在许多天然植物中发现的富含多酚的化合物。在TA分子的末端存在大量的酚羟基，能够与诸如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的氢键给体聚合物形成氢键，同时多酚可与Fe（III）形成配位，进而形成水凝胶网络，并可通过PH进行动态调节，具有可设计性，已有研究表明，TA-PVP-Fe3 所形成的水凝胶网络表现出优异的剪切稀化和自恢复性能^[19]。同时聚苯胺作为导电聚合物具有优良的电导性能，在凝胶-溶胶体系中原位聚合聚苯胺所形成的聚苯胺水凝胶，既能传导电子，又能在硅负极体积膨胀-收缩过程中搭建新的氢键连接点，进行智能的动态调节，为提高硅负极材料的循环稳定性，充分发挥硅负极的嵌锂容量提供了新的思路。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：先加入PVP以及TA溶液，并用NaOH溶液调节其PH制备PVP-TA溶胶，之后将苯胺和SiNP良好分散于其中，最后加入盐酸溶液以及三价铁盐，通过Fe³ 和TA的配位键以及PVP与TA的氢键形成凝胶网络，同时Fe³ 引发苯胺聚合，苯胺原位聚合在交联的水凝胶中，制备聚苯胺水凝胶粘合剂。

将所制备的聚苯胺水凝胶刮涂到铜箔上组装成电池。

材料表征：采用SEM、XRD、FTIR、EIS等测试技术对水凝胶的形貌、结构对性能进行测试。