A Lignosulfonate Binder for Hard Carbon Anodes in Sodium-Ion Batteries: A Comparative Study

阳极 材料科学 离子 化学 化学工程 碳纤维 钠离子电池 法拉第效率 有机化学 复合材料 电极 复合数 工程类 物理化学
作者
Ritambhara Gond,Habtom Desta Asfaw,Omid Hosseinaei,Kristina Edström,Reza Younesi,Andrew J. Naylor
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (37): 12708-12717 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c05263
摘要

An important factor in the development of sodium-ion batteries (SIBs) is the use of cheap and sustainable materials. Sodium lignosulfonate, a lignin derivative, is demonstrated here as an attractive, "green", water-soluble, and potentially cost-effective binder for use in hard carbon anodes for SIBs. A comparison of its battery cycling performance is made against other binders including sodium carboxymethyl cellulose and lignin, obtained from the kraft process, as well as sodium alginate, derived from algae. Apart from lignin, which requires processing in N-methyl-2-pyrrolidone, the other three binders are water-soluble. Lignosulfonate shows comparable or better performance, with high capacity retention and stability, when using 1 M NaPF6 in propylene carbonate or ethylene carbonate:diethyl carbonate electrolytes for both half- and full-cells (against a Prussian white cathode). Further improvements are observed when including styrene-butadiene rubber as a co-binder. X-ray photoelectron spectroscopy demonstrates similar solid electrolyte interphase compositions after the initial sodium insertion for both lignosulfonate and carboxymethyl cellulose binders. However, after subsequent cycling, the surface layer composition and thickness are found to be dependent on the binder. For the lignosulfonate-based electrode, the layer appears thicker but comprises a smaller fraction of carbon–oxygen species.
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