A Spidroin‐Inspired Hierarchical‐Structure Binder Achieves Highly Integrated Silicon‐Based Electrodes

材料科学 电极 阳极 纳米技术 聚合物 复合材料 化学工程 光电子学 工程类 物理化学 化学
作者
Pengzhou Mu,Shu Zhang,Huanrui Zhang,Jiedong Li,Zhi Liu,Shanmu Dong,Guanglei Cui
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (45): e2303312-e2303312 被引量:64
标识
DOI:10.1002/adma.202303312
摘要

As a promising component for next-generation high-energy lithium-ion batteries, silicon-based electrodes have attracted increasing attention by virtue of their ultrahigh theoretical specific capacities. Nevertheless, fast capacity fading posed by tremendous silicon-based electrode volume changes during cycling remains a huge challenge before large-scale applications. In this work, an aqueous-oil binary solution based blend (AOB) binder characterized by a spidroin-like hierarchical structure for tolerating the huge volume changes of silicon-based electrodes is developed. In the AOB binder, the polymer, containing hydrophobic tetrazole groups, denoted as PPB, and the water-soluble amorphous poly(acrylic acid), mimick the β-sheet and α-helix structure of spidroin, respectively. Benefitting from such biomimetic design, the AOB binder enables both high tensile strength and elasticity, and strong electrode adhesion, therefore apparently stabilizing the silicon-based electrode structure and rendering prolonged electrode cycle life. Such a strategy endows 3.3 Ah soft package cells assembled with Si/C composite anode and NCM811 cathode with a discharge specific capacity of 2.92 Ah after 700 cycles. This work marks a milestone in developing state-of-the-art silicon-based electrodes toward high-energy-density lithium-battery applications.
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