锂离子电池电极主要由活性物质、粘结剂、导电剂和集流体组成，粘结剂和导电剂含量虽然很低，但是对锂离子电池的性能却至关重要。粘结剂的作用是结合活性物质、导电剂和集流体，电池在充放电过程中的体积膨胀会导致粘结剂失效，粘结剂失效则会导致电极不同组分之间失去导电连接，部分活性物质颗粒被绝缘，无法参与充放电，导致电池性能下降，特别使对于Si材料负极，这一作用将更加明显。

　　PVDF是一种高分子聚合物材料，在电解液中具有良好的稳定性，因此被广泛的应用于锂离子电池中。由于缺乏PVDF粘结剂动态机械性能数据，锂离子电池的模型中，一般认为PVDF是一种线性弹性材料，但是基于上述假设所产生的锂离子电池模型所得的结果并不准确。

　　近日新泽西理工学院的Arnuparp Santimetaneedol等人对PVDF粘结剂的性能于动态机械性能进行了系统的研究，Arnuparp Santimetaneedol首先将PVDF制成薄片标准试件，测试了其单轴加载-卸载实验、单轴不同的应变速率、松弛实验，基于上述测试数据Arnuparp Santimetaneedol建立了一个弹性-粘塑性模型，该模型能够更好的拟合PVDF的动态机械性能，并基于该模型建立了Si负极电池的模型，模拟了不同的充放电倍率下Si-PVDF电极的机械性能，该模型准确的预测了硅负极在充电过程中的行为。

　　研究显示，PVDF的动态机械性能不但与电池的充放电状态有关，而且还与充放电的速率有关，充放电的速率越快，由于产生的应变速率更快，PVDF薄膜在相同的应变下，产生的应力也更大。通过分析PVDF的卸载-加载曲线可以发现，随着实验的重复，两次实验的曲线并不能完全重合，所以PVDF的表现更像弹性-粘塑性材料。

　　基于上述研究，Arnuparp Santimetaneedol建立了一个硅负极模型，其中硅为直径100nm的圆形颗粒，表面包覆了一层100nm厚的PVDF材料，忽略硅颗粒在充放电过程中破裂的问题，不考虑硅负极表面形成SEI膜，只考虑嵌锂和脱锂的过程，并且假设Li+在PVDF薄膜内扩散没有任何阻碍。

　　由于Li+在Si负极颗粒中的扩散受限，因此在不同的充电倍率下，硅负极颗粒所产生的膨胀也不同，在较低的倍率下，硅负极颗粒膨胀更大，会对PVDF层产生更大的应变。由于PVDF使一种弹性-粘塑性材料，因此PVDF的应力不仅仅与应变有关，还有应变的速度有关，应变速度越快，应力也相应的越高。因此在10C的倍率下，虽然PVDF薄膜的应变较小，但是所产生的应力为51MPa，而1C倍率下，虽然应变较大，但是应力仅为42MPa，这与实验中观察到的现象是一直的。

　　该研究结果表明，PVDF是一种弹性-粘塑性材料，其失效不仅仅与应变有关(也就是充电深度)，还和应变速率有关(也就是充放电的倍率)，这对于建立一个准确的锂离子电池模型有着十分重要的意义，特别是对于Si负极这种膨胀比较大的材料。