Stable silicon anodes realized by multifunctional dynamic cross-linking structure with self-healing chemistry and enhanced ionic conductivity for lithium-ion batteries

材料科学 离子电导率 锂(药物) 阳极 离子键合 电极 电导率 化学工程 离子液体 自组装 离子 纳米技术 光电子学 有机化学 电解质 物理化学 化学 催化作用 内分泌学 工程类 医学
作者
Xin Wan,Tiansheng Mu,Baicheng Shen,Qi Meng,Guangchong Lu,Shuaifeng Lou,Pengjian Zuo,Yulin Ma,Chunyu Du,Geping Yin
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:99: 107334-107334 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107334
摘要

Silicon anodes have attracted enormous attention with the merits of outstanding theoretical capacity for high-energy-density lithium-ion batteries. However, the drastic volume variation will destroy the structural integrity of the electrode system during the alloying/dealloying process. Herein, based on the supramolecular self-assembly, a multifunctional dynamic cross-linking strategy with self-healing chemistry and enhanced ionic conductivity for silicon electrode network structure is rationally designed by amino-functionalized silicon (Si-NH2) and dopamine-modified poly(acrylic acid) (PAA-DA). Dynamic reversible hydrogen bonds and ionic bonds are formed by random cross-linking of the primitives carried by the material, which endow the electrode with rapid self-healing ability and strong adhesion, and provide a continuous internal pathway for the electrode system. Moreover, the presence of polar groups can beneficially heighten the transport kinetics of lithium ions. The prepared Si-NH2@PAA-DA electrode displays excellent high-rate capability with a reversible capacity of 2671.6 mAh g−1 at 1 C (1 C = 4000 mA g−1) and superior cycle stability (2160.1 mAh g−1 after 100 cycles at 400 mA g−1). Therefore, this design idea with dynamic reversible and multi-crosslink network structure provides in-depth insights for the advancement of the next-generation high-energy-density batteries.
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