Neural Network Inspired Binder Enables Fast Li-Ion Transport and High Stress Adaptation for Si Anode

阳极 材料科学 离子 压力(语言学) 适应(眼睛) 纳米技术 离子运输机 化学 电极 物理 语言学 光学 哲学 物理化学 有机化学
作者
Baoyu Sun,Xingxing Jiao,Jiangning Liu,Rui Qiao,Caiwang Mao,Tuo Zhao,Shijie Zhou,Kaiyi Shi,Mahalingam Ravivarma,Jianjun Shi,Hao Fan,Jiangxuan Song
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (25): 7662-7671 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c01549
摘要

Extensive investigations have proven the effectiveness of elastic binders in settling the challenge of structural damage posed by volume expansion of high-capacity anode used in nanoscale silicon. However, the sluggish ionic conductivity of polymer binder severely restricts the electrode reactions, making it unsuitable for practical applications. Inspired by the biological tissues with rapid neurotransmission and robust muscles, we propose a biomimetic binder that contains ionic conductive polymer (by polymerization reaction of poly(ethylene glycol) diglycidyl ether and polyethylenimine) and rigid polymer backbone (polyacrylic acid), which can effectively mitigate both Li-ion transport resistance and lithiation stress to stabilize the silicon nanoparticles during cycles. Consequently, the silicon anode with biomimetic binder achieves a rate capability of 1897 mAh g–1 at 8.0 A g–1 and capacity retention of 87% after 150 cycles under areal capacity upon 3.0 mAh cm–2. These results demonstrate the possibility of decoupling ionic conductivity from mechanical properties toward practical high-capacity anodes for energy-dense batteries.
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