Removing electrochemical constraints on polytetrafluoroethylene as dry-process binder for high-loading graphite anodes

石墨 聚四氟乙烯 材料科学 电化学 阳极 过程(计算) 复合材料 电极 化学 计算机科学 操作系统 物理化学
作者
Ziqi Wei,Dewen Kong,Lijiao Quan,Jiarong He,Jingyuan Liu,Ziyuan Tang,Si Chen,Qinqin Cai,Ruiqin Zhang,Haijing Liu,Kang Xu,Lidan Xing,Weishan Li
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:8 (5): 1350-1363 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.01.028
摘要

The environmentally friendly polytetrafluoroethylene (PTFE) binder, known for its strong bonding, is ideal for high-loading electrode preparation in solvent-free dry processes. However, its use in graphite anodes is hindered by a tendency to undergo reduction at low potentials, causing substantial capacity loss. Herein, we identified an irreversible reductive of PTFE at ∼1.2 V vs. Li/Li+, involving partial substitution of F atoms with H in its carbon chain and subsequent LiF formation. Using this insight, we developed a polyethylene oxide coating to prevent electrical contact between graphite and PTFE binder, successfully inhibiting PTFE reduction. This coating facilitated the effective use of PTFE in high-loading lithium-ion battery (LIB) pouch cells (4.8 mAh/cm2 LiNi0.75Mn0.25O2 and 5.2 mAh/cm2 graphite) via dry-process fabrication, achieving an energy density of 258.7 Wh/kg and reducing initial irreversible decompositions from 52.91% to 16.34%. The cost-effective PTFE, coupled with solvent-free, high-loading electrode fabrication, offers an economical and green approach to large-scale electrification.
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