Blood clot-inspired viscoelastic fibrin gel: New aqueous binder for silicon anodes in lithium ion batteries

阳极 材料科学 电极 粘弹性 电化学 复合材料 化学工程 锂(药物) 纤维蛋白 化学 医学 生物 工程类 内分泌学 物理化学 免疫学
作者
Woong-Ju Kim,Jin Gu Kang,Dong‐Wan Kim
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:45: 730-740 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.12.024
摘要

Binders are a key component of Si anodes for lithium-ion batteries. Many studies have been devoted to exploring new binders capable of suppressing electrical isolation under large volume changes of Si. The principal requirements for a good binder are a high level of surface polarity and mechanical stability. One class of binders receiving attention is those composed of polysaccharide building blocks. Inspired by blood clots, we propose a new binder based on fibrin, whose building blocks are amino acids. Its abundant polar functional groups and time-dependent viscoelastic behavior make fibrin attractive as a binder in Si anodes. Our fibrin-based Si electrode shows better cycling stability and rate performance than an alginate-based electrode. Further optimization by mixing fibrin with alginate and ionic cross-linking results in an advanced binder that demonstrates remarkable cycling stability between 0.01 and 1.0 V vs. Li/Li+ (740 mA h g−1 at 0.5 C after 500 cycles). This improved electrochemical property derives from the mechanical integrity of the electrode, which can be achieved by a balance between the stiffness and stress relaxation of the binder. This work highlights the potential of fibrin as a novel binder for Si anodes and offers guidance for the design of optimized binders.
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