Understanding the Critical Role of Binders in Phosphorus/Carbon Anode for Sodium‐Ion Batteries through Unexpected Mechanism

材料科学 阳极 电化学 碳纤维 二氟 无机化学 化学工程 冶金 电极 物理化学 复合材料 化学 复合数 工程类
作者
Wei Xiao,Qian Sun,Mohammad Norouzi Banis,Biqiong Wang,Weihan Li,Minsi Li,Andrew Lushington,Ruying Li,Xifei Li,Tsun‐Kong Sham,Xueliang Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (32) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adfm.202000060
摘要

Abstract Polymer binders that combine active materials with conductive agents have played a critical role in maintaining the structural integrity of phosphorus anodes with a huge volume change upon sodiation/desodiation. Herein, the role of binders on the structural/chemical stability of phosphorus/carbon anode is spectroscopically uncovered through unexpected mechanism. Surprisingly, the selection of different binders is found to determine the oxidation degree of active phosphorus in various electrodes, which correlate well with their electrochemical properties. At a high oxidation degree, the electrode applying a conventional poly(vinylidene difluoride) binder displays the worst electrochemical properties, while the electrode using a sodium alginate binder delivers the best electrochemical performance (a highly reversible capacity of 1064 mAh g −1 with a 90.1% capacity retention at 800 mA g −1 after 200 cycles and an outstanding rate capability of 401 mAh g −1 at 8000 mA g −1 ) for its negligible oxidation. Additionally, the emergence/decomposition of surface intermediates, including (PO 2 ) 3− and (PO 4 ) 3− species, are observed in the discharging/charging processes via the ex situ P K‐edge X‐ray absorption spectroscopies. This novel discovery of the unique role of binders in phosphorus anodes, not only provides an opportunity to ameliorate their electrochemical properties, but also enables their practical applications in high‐energy sodium‐ion batteries.
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