Effect of Water-Soluble CMC/SBR Binder Ratios on Si-rGO Composites Using µm- and nm-Sized Silicon as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries

材料科学 阳极 石墨烯 石墨 复合材料 锂(药物) 电极 复合数 氧化物 电化学 粒径 球磨机 化学工程 纳米技术 冶金 物理化学 内分泌学 化学 工程类 医学
作者
Sebastian Müllner,Tobias Michlik,Michael P. Reichel,Tilo Held,Ralf Moos,Christina Roth
出处
期刊:Batteries [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:9 (5): 248-248 被引量:8
标识
DOI:10.3390/batteries9050248
摘要

Silicon-containing materials are still the most promising alternatives to graphite as the negative electrodes of lithium-ion batteries. However, the different Li+ storage mechanism combined with the high capacity result in new requirements for the passive electrode components, such as the binder. To ensure sufficient cycling stability, silicon must be embedded in a suitable carbonaceous matrix. For this purpose, we used a simple ball milling process with reduced graphene oxide (rGO) to produce Si-rGO composites with µm- and nm-sized silicon particles. The rGO was synthesized previously from a two-step thermal synthesis method developed in-house. Subsequently, electrodes with varying CMC/SBR ratios (3:1, 1:1, and 1:3) were prepared from the composites containing the different Si particle sizes. It was found that the optimal binder ratio depends on the size of the Si particles. For the nm-Si-rGO composite, a CMC/SBR ratio of 3:1 results in a total capacity over 51 cycles of 20.6 Ah g−1, which means an improvement of 20% compared to CMC/SBR = 1:3 (17.1 Ah g−1). In contrast, we demonstrate that for µm-Si-rGO composites with an optimal CMC/SBR ratio of 1:1 (13.0 Ah g−1), compared to nm-Si-rGO, a higher SBR content is beneficial for the cycling behavior. Moreover, a comparison with graphite from the literature indicates that a rGO-matrix reduces the need for SBR.
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