目前,硅(或SIOX,1<×<2)和石墨复合(SI C)电极(例如,SI C450和SI C600,在0.)。1 C时比容量分别为450 mAh g-1和600 mAh g-1,由于其比容量比石墨电极高,并且比硅(或Siox)电极具有更好的循环性能,因此已成为高能锂离子电池(LIB)应用中传统石墨电极最有前途的替代品。 然而,由于内部硅基颗粒的体积变化较大,可能导致电极结构解体和界面不稳定,因此该复合电极在实际应用中仍具有挑战性。
这里中国科学院青岛生物能源与生物过程研究所崔广乐、张焕瑞、青岛科技大学周新红等通过可逆加成-断链转移(RAFT)聚合,开发了用于Si C450和Si C600电极的共价键交联网络胶粘剂。 与其他粘结剂相比,该材料具有优异的机械和粘合性能,并减少了碳化硅阳极的体积膨胀。 此外,与线性粘结剂相比,P(SH-BA3%)粘结剂的用量仅为3 Wt%,而在SI C450阳极半电池中,0在 5 C 下循环 600 次后,容量保持率为 8356% 在 03 C 循环 200 次后体积保留率为 8642% 在 lini08co0.1mn0.1O2阴极(15mgcm-2)袋全细胞,0在5°C下循环300次后,体积保留率为8095%。
图1Si C电极与PSH粘结剂和P(SH-BA)粘结剂的锂化和脱硝化演化综上所述,本文提出了一种基于硼酸交联的Si C450和Si C600电极三维网络聚合物粘合剂P(SH-BA3%)设计。 由于采用3D共价交联化学,所开发的P(SH-BA3%)粘结剂具有增强的机械和粘合性能,并且比其他线性粘结剂具有更低的膨胀率。 循环前后Si C450电极的SEM成像和XPS分析表明,P(SH-BA3%)粘结剂能较好地抑制Si C450电极的体积膨胀。 因此,SI C450 电极比线性粘合剂和传统 CMC SBR 粘合剂具有更高的速率和循环性能,实际粘合剂含量仅为 3 Wt %。 此外,NCM811 SI c450@p (SH-BA3%) 在 03C循环200次后的初始库仑效率为8310% 和 86 容量保留42% 在 0在5°C下循环300次后的初始库仑效率为7873% 和 80% 的容量保留率95%,表明P(SH-BA3%)粘结剂的实际可行性。 因此,本工作中开发的粘结剂设计策略有助于在下一代高能LIBS中实现实用的SiC电极。
图2电池性能covalently cross-linked chemistry of a three-dimensional network binder at limited dosage enables practical si/c composite electrode applications,acs nano2024 doi: 10.1021/acsnano.3c11286