Interweaving Elastic and Hydrogen Bond‐Forming Polymers into Highly Tough and Stress‐Relaxable Binders for High‐Performance Silicon Anode in Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 聚合物 韧性 弹性体 复合材料 电极 弹性(物理) 光电子学 化学 物理化学
作者
Daun Jeong,Jinsol Yook,Da‐Sol Kwon,Jimin Shim,Jong‐Chan Lee
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (31) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/advs.202302027
摘要

A central challenge in practically using high-capacity silicon (Si) as anode materials for lithium-ion batteries is alleviating significant volume change of Si during cycling. One key to resolving the failure issues of Si is exploiting carefully designed polymer binders exhibiting mechanical robustness to retain the structural integrity of Si electrodes, while concurrently displaying elasticity and toughness to effectively dissipate external stresses exerted by the volume changes of Si. Herein, a highly elastic and tough polymer binder is proposed by interweaving polyacrylic acid (PAA) with poly(urea-urethane) (PUU) elastomer for Si anodes. By systematically tuning molecular parameters, including molecular weights of hard/soft segments and structures of hard segment components, it is demonstrated that the mechanical properties of polymer binders, such as elasticity, toughness, and stress relaxation ability, strongly affect the cycling performance of Si electrodes. This study provides new insight into the rational design of polymer binders capable of accommodating the volume changes of Si, primarily by judicious modulation of the mechanical properties of polymer binders.
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