Multivalent Amide-Hydrogen-Bond Supramolecular Binder Enhances the Cyclic Stability of Silicon-Based Anodes for Lithium-Ion Batteries

材料科学 锂(药物) 阳极 X射线光电子能谱 电解质 聚合物 化学工程 氢键 电化学 高分子化学 复合材料 有机化学 冶金 分子 化学 物理化学 内分泌学 医学 电极 工程类
作者
Li Deng,Sai-Sai Deng,Siyu Pan,Zhanyu Wu,Yiyang Hu,Kai Li,Yao Zhou,Jun‐Tao Li,Ling Huang,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (19): 22567-22576 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.1c04501
摘要

A supramolecular polymer, poly(N-acryloyl glycinamide) (PNAGA), with a bisamide group on each side of the chain forming multiple amide-hydrogen bonds was synthesized in this work as a binder for silicon (Si)-based anodes. This supramolecular polymer binder with improved mechanical properties presents good interfacial adhesion with Si particles forming hydrogen bonds and enhances the adhesive strength between the electrode material film and the copper current collector. Benefiting from the highly stable inter- and intramolecular multiple amide-hydrogen bonds of the PNAGA binder, the electrode structure maintains integrity and a stable solid electrolyte interphase (SEI) layer is formed on the surface of Si particles. The effect of different binders on the composition of the SEI film was also investigated by X-photoelectron spectroscopy (XPS) characterization. In comparison with polyacrylamide (PAM), which has a similar structure to PNAGA, and the traditional sodium alginate (SA) binder, the Si electrode containing the PNAGA binder shows improved electrochemical performance. The capacity retention is 84% after 100 cycles at 420 mA g–1, and the capacity remains at 1942.6 mAh g–1 after 400 cycles at 1260 mA g–1. Even with a mass loading of 1.2 mg cm–2 Si, the electrode with the PNAGA binder exhibits high initial areal capacity (2.64 mAh cm–2) and good cycling performance (81% capacity retention after 50 cycles). Moreover, the application of the PNAGA binder also brings a stable cycle performance to the commercial Si-graphite (SiC) anode material.

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