Ion-Cross-Linking-Promoted High-Performance Si/PEDOT:PSS Electrodes: The Importance of Cations’ Ionic Potential and Softness Parameters

佩多:嘘 材料科学 离子 电极 离子键合 光电子学 化学工程 纳米技术 工程物理 聚合物 复合材料 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Xuejiao Liu,Asma Iqbal,Nazakat Ali,Rongrong Qi,Xuefeng Qian
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (17): 19431-19438 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.0c00755
摘要

PSS has been studied as a silicon-based binder due to its inherent superior electricity and electrochemical stability. However, it cannot effectively alleviate the huge volume changes of silicon during lithiation/delithiation due to its linear structure, resulting in poor cycling stability. Ion-cross-linking is a usual method to cross-link linear polymers into 3D structures. In this paper, multivalent cations of the 5th period and Group 2 cross-linked PEDOT:PSS were applied as silicon anode binders and studied systematically. It was found that the variation trend of viscosity and conductivity of PEDOT:PSS after cross-linking was consistent with that of ionic potential and softness parameters of multivalent cations. The mesostructure of a binder after cross-linking is influenced by the solubility product constant of sulfites or hydroxides of cations and the growth characteristics of crystals. An Sn4+-cross-linked binder displayed increased viscosity and electrical conductivity and higher reduced modulus and hardness due to its positive softness parameter and higher ion potential. The Si electrode with the Sn4+-cross-linked binder showed improved cycling stability (1876.4 mAh g-1 compared with 1068.4 mAh g-1 of the electrode with the pure PEDOT:PSS binder after 100 cycles) and superior rate capability (∼800 mAh g-1 at an ultrahigh current density of 8.0 A g-1).
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