Densely Imidazolium Functionalized Water Soluble Poly(Ionic Liquid) Binder for Enhanced Performance of Carbon Anode in Lithium/Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 离子液体 锂(药物) 离子 碳纤维 无机化学 化学工程 锂离子电池的纳米结构 有机化学 复合材料 催化作用 电极 冶金 复合数 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Amarshi Patra,Noriyoshi Matsumi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202403071
摘要

Abstract The binder's choice holds immense significance in the quest for robust electrochemical performances of lithium/sodium‐ion battery's (LIB/SIB) electrodes. Conventional PVDF binder is a passive polymer lacking the ability to transport Li + /Na + and facilitate ion kinetics. This limitation poses constraints in achieving high specific capacity, fast charging, and long cycle life. Herein, a novel water‐soluble concentrated imidazolium functionalized poly(ionic liquid), poly(oxycarbonylmethylene 1‐allyl‐3‐methyimidazolium) (PMAI) is synthesized, and evaluated it as binder in LIB/SIB. PMAI‐based anodic‐half cell exhibits excellent electrochemical performance, achieving higher capacities (297 mAhg −1 at 1C for LIBs and 250 mAhg −1 at 60 mAg −1 for SIBs) and good cycle stability (80 % capacity retention after 750 cycles for LIBs; 96% capacity retention after 200 cycles for SIBs), compared to PVDF binder. In addition, PMAI/Gr delivers a higher discharge capacity of 85 mAhg −1 than PVDF/Gr with 47 mAhg −1 at 5C. PMAI‐containing electrodes show better rate capability at different current densities than PVDF binder in LIB/SIB. The enhanced ion diffusion coefficient, lower resistance and decreased activation energy of desolvation, are ascribed to densely polar ionic liquid groups along the polymer and formation of a functionalized SEI via binder reduction. The novel PMAI binder's design and full‐cell examination confirm its potential in secondary‐ion battery applications.
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