锂离子电池硅阳极用含银纳米线的多层结构导电聚合物粘接剂_第1页
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文档简介

锂离子电池硅阳极用含银纳米线的多层结构导电聚合物粘接剂硅(Si),因其提供了比传统石墨(372

mAhg−1)更高的理论比容量(4200

mAhg−1),作为下一代阳极材料进行相关研究

。然而,在锂化和脱锂过程中,硅的体积变化(>300%)会引发硅的内部裂纹和粉化,从而导致硅基阳极的容量急剧下降。为了解决这一障碍,人们研究了纳米工程的各种概念,如纳米线、纳米片和多孔缓冲层。然而,纳米工程材料的加工复杂性阻碍了硅阳极的商业化。聚合物粘接剂能够连接其它电极材料并保持刚性电极结构,对LIB的循环性能和倍率性能具有整体的影响。目前已经研究的水溶性聚合物粘接剂,包括羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸盐和聚丙烯酸(PAA)。而传统使用的聚偏氟乙烯(PVDF)粘接剂显示出弱范德华相互作用,对集流体和其它电极材料的粘附力不足。尽管这些粘接剂已经实现了稳定的电极结构并改善了长循环性能,但由于Si体积变化较大导致的电接触损耗,仍然会产生死硅。来源:韩国首尔国立大学金属纳米线,例如铜纳米线(CuNW)和银纳米线(AgNWs)由于其高纵横比,在小质量负载和高孔隙率下表现出显著的导电性(∼1000)。据报道,在LIB中使用了CuNW后,为Si和Li金属阳极提供了3D多孔结构,成功地适应了体积膨胀并获得了更高的比容量。Wei等人则报告了使用三嵌段共聚物粘接剂引入硅阳极的2DAgNW层,表明在大电流操作下具有更好的比容量。在此,来自韩国首尔国立大学Yung-EunSung课题组报告了PEDOT:PSS/聚乙烯醇(PVA)与聚乙二醇(PEG)/聚环氧乙烷(PEO)(5-P粘接剂)交织,通过改变链长构建层次结构,使导电和离子导电粘接剂对硅阳极具有更好的拉伸性。具有相同单体单元但不同链长的PEG/PEO可显著提高PEDOT:PSS/PVA的电导率(∼10000倍),并且它们也可以通过醚基团提高离子电导率。PSS和PEG/PEO之间密集分布的氢键和交联有助于保持刚性电极结构。此外,能够提供快速3D电子传输的AgNW网络构建了足够的空隙空间来缓冲Si的体积变化,并增强与集流体的粘附。通过这些改进,Si/5-P/AgNW电极可以在保持电子路径的同时可逆地适应和承受体积变化,从而实现更高的比容量,在0.8Ag-1时经过100次循环后为1066

mAhg−1,倍率性能也获得提高。

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