Physicochemical Dual Cross‐Linking Conductive Polymeric Networks Combining High Strength and High Toughness Enable Stable Operation of Silicon Microparticle Anodes

材料科学 阳极 韧性 复合材料 聚合物 压力(语言学) 电极 化学工程 光电子学 语言学 化学 哲学 物理化学 工程类
作者
Biao Zhang,Yanling Dong,Jingrui Han,Yunjing Zhen,Chuangang Hu,Dong Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (29) 被引量:61
标识
DOI:10.1002/adma.202301320
摘要

The poor interfacial stability and insufficient cycling performance caused by undesirable stress hinder the commercial application of silicon microparticles (µSi) as next-generation anode materials for high-energy-density lithium-ion batteries. Herein, a conceptionally novel physicochemical dual cross-linking conductive polymeric network is designed combining high strength and high toughness by coupling the stiffness of poly(acrylic acid) and the softness of carboxyl nitrile rubber, which includes multiple H-bonds, by introducing highly branched tannic acid as a physical cross-linker. Such a design enables effective stress dissipation by folded molecular chains slipping and sequential cleavage of H-bonds, thus stabilizing the electrode interface and enhancing cycle stability. As expected, the resultant electrode (µSi/PTBR) delivers an unprecedented high capacity retention of ≈97% from 2027.9 mAh g-1 at the 19th to 1968.0 mAh g-1 at the 200th cycle at 2 A g-1 . Meanwhile, this unique stress dissipation strategy is also suitable for stabilizing SiOx anodes with a much lower capacity loss of ≈0.012% per cycle over 1000 cycles at 1.5 A g-1 . Atomic force microscopy analysis and finite element simulations reveal the excellent stress-distribution ability of the physicochemical dual cross-linking conductive polymeric network. This work provides an efficient energy-dissipation strategy toward practical high-capacity anodes for energy-dense batteries.
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