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A Temperature-Controlled Chemoswitching Aqueous Binder and In Situ Binding Strategy for Stabilizing SiOx Anodes of Lithium-Ion Batteries

阳极 锂(药物) 原位 水溶液 离子 材料科学 化学工程 电化学 无机化学 化学 电极 物理化学 有机化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Haoyuan Liu,Tianxing Kang,Shufeng Li,Zhen Ma,Junmin Nan
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c07626
摘要

Silicon oxide (SiOx), as an anode material of lithium-ion batteries (LIBs), can discharge higher specific energy than graphite, but accommodating the structural damage caused by the stress change of lithiation/delithiation remains a challenge. In this work, poly(acrylic acid) (PAA) and polyethylenimine (PEI) have been used as the main body, where PAA as the initiator triggers the cross-linking reaction with PEI (cross-linker). While ammonia as the chemical switching agent (NH3·H2O) and carboxymethyl cellulose (CMC, thickener) served as the chemical switch for the whole cross-linking process, a temperature-controlled chemical switching aqueous binder has been developed for stabilizing SiOx anodes for lithium batteries. The SiOx anode with the temperature-controlled chemoswitching aqueous binder gives a reversible capacity of 1310 mAh g–1 (81% capacity retention) after 400 cycles at 0.5 C. After 300 cycles at 2 C (25 °C) and 1 C (45 °C), the specific capacities are 1060 and 1039 mAh g–1, respectively. This binding method can form strong intermolecular forces on the SiOx surface and reduce the energy of lithium-ion diffusion. Quantitative simulations show that the energy to be overcome for lithium ion transfer trajectories is small in PEI@PAA. In addition, it avoids the premature cross-linking of binder precursors, ultimately improves the performance of the SiOx anode, indicating promising application prospects.
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