Self-Healable Poly(Acrylic Acid) Binder toward Optimized Electrochemical Performance for Silicon Anodes: Importance of Balanced Properties

材料科学 电解质 电化学 丙烯酸 法拉第效率 阳极 电极 共聚物 化学工程 锂(药物) 复合材料 高分子化学 化学 聚合物 冶金 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Anjali Nagapadi Preman,Thuan Ngoc Vo,Subi Choi,Hyocheol Lee,Ye Eun Lim,Il Tae Kim,Suk‐kyun Ahn
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (2): 749-759 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02825
摘要

Si is a promising anode for high-energy lithium-ion batteries, but its severe capacity decay due to volume changes remains a challenge. To address this, we synthesized a series of acrylic copolymer binders with randomly distributed carboxylic acid (CA) and n-butyl carbamate (BC) groups. CA groups ensure good adhesion to the Si surface, while BC groups provide self-healing as well as a wide range of thermal and mechanical properties. By fine-tuning the content of these functional groups, we optimize the mechanical, adhesion, and self-healing properties, and electrolyte uptake of the binders to maximize their electrochemical performance. The Si electrode with a binder containing 68 mol % CA groups and 32 mol % BC groups achieves a high initial discharge capacity of 3628 mA h g–1, with an initial Coulombic efficiency (ICE) of 84%. This electrode also displays a discharge capacity of 2334 mA h g–1 after 100 cycles at 0.5 A g–1, surpassing the performance of a Si-poly(acrylic acid) electrode (3171 mA h g–1 at the first cycle, ICE of 86%, and 1367 mA h g–1 at the 100th cycle at 0.5 A g–1). Through a systematic investigation of the structure–property–electrochemical performance relationship, we prioritize the desired properties of the binder to enable the development of high-performance Si anodes.

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