Multiple Network Binders via Dual Cross-Linking for Silicon Anodes of Lithium-Ion Batteries

阳极 锂(药物) 乙二醇 化学工程 材料科学 电化学 聚合物 电极 复合材料 化学 冶金 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Xingxing Jiao,Xiaodong Yuan,Jianqing Yin,Farshad Boorboor Ajdari,Yangyang Feng,Guoxin Gao,Jiangxuan Song
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (9): 10306-10313 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c02231
摘要

Silicon has attracted much attention as a promising anode material in lithium-ion batteries owing to its high specific capacity. However, silicon anode suffers large volume expansion during periodical lithiation/delithiation processes, leading to particle pulverization and thus electrochemical performance degradation. Herein, we report a water-soluble three-dimensional network polymer binder for silicon anode in which the introduced poly(ethylene glycol) and divalent cation Ca 2+ can form chemical cross-linking and physical cross-linking with poly(acrylic acid), respectively. Poly(ethylene glycol) serves as a soft segment to regulate the mechanical properties of the polymer, and the divalent cation Ca 2+ acts as a physical cross-linking agent to form a dual network with poly(acrylic acid). The multiple network binder owns good mechanical strength, strain resistance ability, and strong adhesion with Si particles and Cu collector, thereby preserving the stability of the silicon electrode. Therefore, silicon anode with this rationally designed binder exhibits excellent electrochemical performance with a discharge capacity of 1596 mAh/g after 800 cycles at a current density of 2 A/g. This design can provide a way to alleviate the volume expansion of the silicon anode and other high-capacity alloy anodes with large volume change for advanced batteries.
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