Electron-conductive binder for silicon negative electrode enabling low-pressure all-solid-state batteries

材料科学 电极 电解质 电化学 导电体 碳纤维 原位 化学工程 纳米技术 聚偏氟乙烯 光电子学 粘附 复合材料 集电器 导电的 磺酸
作者
Seunggoo Jun,Minseok Jeong,Boyeong Jang,Seonghyeon Jung,Young Joon Park,Yong Bae Song,Jisoo Park,Seungyun Jo,Du Yeol Ryu,Hanvin Kim,Sungkyung Kim,Jaewoo Lee,Jeonghun Kim,Yoon Seok Jung
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 156-156 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-025-66851-0
摘要

While solid electrolyte-excluded Si electrodes can form in situ lithiated monolithic structures with minimal side reactions, their poor performance at low operating pressures remains a formidable challenge for all-solid-state batteries. Herein, we propose an electrically conductive binder—poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly((styrene sulfonic acid)x-co-(maleic acid)y) (PEDOT:P(SSx-co-MAy))—that is scalable, fluorine-free, and water-processable. This binder offers sufficient e−-conductivity to eliminate carbon additives, while ensuring strong adhesion and electrochemical stability in contrast to conventional liquid electrolyte systems. Ex situ measurements reveal disrupted e-connectivity during delithiation at 5 MPa, resolved by employing PEDOT:P(SSx-co-MAy). The improved electrochemical performance of Si electrodes comprising PEDOT:P(SSx-co-MAy), compared with those using conventional polyvinylidene fluoride, is validated in (Li-In) | Li6PS5Cl | Si half cells and Si | Li6PS5Cl | LiNi0.70Co0.15Mn0.15O2 full cells at 30 °C and 5 MPa, achieving 134 mAh g−1 at 0.5 C with 86% capacity retention after 100 cycles. Finally, 233 mAh pouch-type Si || LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2 ASSBs are demonstrated, highlighting the potential of PEDOT:P(SSx-co-MAy) as a practical binder platform for high-energy ASSBs. Silicon negative electrode in all-solid-state batteries can lose electrical contact at low stack pressure, reducing performance. Here, the authors introduce a conductive, water-processable polymer binder that preserves contact and supports stable operation at low stack pressure.
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