Eco-Friendly Water-Processable Polyimide Binders with High Adhesion to Silicon Anodes for Lithium-Ion Batteries

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作者
Yujin So,Hyeon-Su Bae,Yi Young Kang,Ji Yun Chung,No Kyun Park,Jinsoo Kim,Hee‐Tae Jung,Jong Chan Won,Myung‐Hyun Ryou,Yun Ho Kim
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (12): 3164-3164 被引量:33
标识
DOI:10.3390/nano11123164
摘要

Silicon is an attractive anode material for lithium-ion batteries (LIBs) because of its natural abundance and excellent theoretical energy density. However, Si-based electrodes are difficult to commercialize because of their significant volume changes during lithiation that can result in mechanical damage. To overcome this limitation, we synthesized an eco-friendly water-soluble polyimide (W-PI) precursor, poly(amic acid) salt (W-PAmAS), as a binder for Si anodes via a simple one-step process using water as a solvent. Using the W-PAmAS binder, a composite Si electrode was achieved by low-temperature processing at 150 °C. The adhesion between the electrode components was further enhanced by introducing 3,5-diaminobenzoic acid, which contains free carboxylic acid (–COOH) groups in the W-PAmAS backbone. The –COOH of the W-PI binder chemically interacts with the surface of Si nanoparticles (SiNPs) by forming ester bonds, which efficiently bond the SiNPs, even during severe volume changes. The Si anode with W-PI binder showed improved electrochemical performance with a high capacity of 2061 mAh g−1 and excellent cyclability of 1883 mAh g−1 after 200 cycles at 1200 mA g−1. Therefore, W-PI can be used as a highly effective polymeric binder in Si-based high-capacity LIBs.
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