Structure‐Performance Relationship of Aromatic Polymer Binder for Silicon Anode in Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 聚合物 聚酰亚胺 锂(药物) Kapton 复合材料 化学工程 极限抗拉强度 共聚物 电极 冶金 化学 物理化学 内分泌学 工程类 图层(电子) 医学
作者
JunHo Kim,Gyuri Kim,You Kyung Park,Ga‐Young Lim,Seung Tae Kim,In Hwan Jung,Hansu Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (44) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/adfm.202303810
摘要

Abstract Polymer binders are essential for Silicon (Si) anode‐based lithium‐ion batteries (LIBs). However, the synthetic guidance for aromatic polymer binder is relatively less explored compared to aliphatic polymer binders. In this study, polyimide‐based aromatic polymer binders are developed that have strong binding affinity with Si particles, a conductive agent and copper (Cu) current collector, and they show an improved initial discharge capacity of 2663 mAh g −1 , which is 29% higher than that of Kapton‐based one (2071 mAh g −1 ). The copolymerization between “hard” and “soft” segments is crucial to achieve reversible volume expansion/contraction during the repeated charging/discharging process, resulting in the best cycle performance. The new binder ensures both excellent volume retention after full‐delithiation and allowed volume expansion at least to some extent upon full‐lithiation. This Study finds a power‐law relationship between the capacity of Si anode and the mechanical properties of the binder, i.e., the tensile stress ( σ ) and strain ( ɛ ). The initial discharge capacity is proportional to σ n · ɛ (n = 2.3–2.7). Such an understanding of the relationships between polymer structure, mechanical properties of the polymer and binder performance clearly revealed the importance of the soft‐hard polymer structure for aromatic binders used in Si‐based high‐capacity lithium storage materials.
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