Carboximetilcelulosa injertada con poli (ácido acrílico sódico) como aglutinante polimérico de alto rendimiento para ánodos de silicio en baterías de iones de litio

Se requiere el diseño de nuevos sistemas aglutinantes para los ánodos de silicio (Si) de alta capacidad que normalmente experimentan grandes cambios de volumen durante el ciclo de carga/descarga. Aquí, presentamos un copolímero de carboximetilcelulosa injertada con poli (ácido acrílico y sodio) (NaPAA-g-CMC) como un excelente aglutinante para el ánodo de Si en baterías de iones de litio (LIB). El copolímero NaPAA-g-CMC se preparó mediante un método de polimerización por injerto de radicales libres utilizando CMC y ácido acrílico como precursores. A diferencia de los aglutinantes lineales unidimensionales, se espera que el aglutinante de copolímero NaPAA-g-CMC presente una interacción multipunto con la superficie de Si, lo que resulta en una capacidad de unión mejorada con partículas de Si así como con los colectores de corriente de cobre (Cu), y construyendo una capa estable de interfaz de electrolito sólido (SEI) en la superficie de Si. El ánodo de Si basado en NaPAA-g-CMC muestra una estabilidad de ciclo mucho mejor y una mayor eficiencia coulómbica que los fabricados con los conocidos aglutinantes poliméricos lineales como CMC y NaPPA. Se disolvió 1000000 g de potencia de CMC en 50 &ml de agua destilada formó una solución transparente y pegajosa, y luego la solución se puso en un matraz de tres bocas de 250&ml equipado con un agitador mecánico. Después de ser purgado con nitrógeno durante 6&thinspo;how para eliminar el oxígeno, se agregaron 2,5&thinspo;ml de monómero de ácido acrílico y el iniciador (NH)SO/NaHSO, 0,1:0,03&thinspo;g). . Luego, la solución se calentó a 55000000>C bajo agitación continua con rpm de 270 durante 2 h para producir PAA-CMC. La atmósfera de nitrógeno se mantuvo durante todo el proceso de reacción. Finalmente, el PAA-CMC se neutralizó mediante una solución de hidróxido de sodio a PH 6. Se ensamblaron pilas de botón tipo CR2016 en una caja de guantes llena de argón con contenidos de oxígeno y agua inferiores a 1000000 ppm de espesor, utilizando lámina de litio. como contraelectrodo y un polímero como separador. El electrolito era LiPF 1 M disuelto en la mezcla de carbonato de dimetilo (DMC) y carbonato de etileno (EC) (proporción de volumen 1:1), más 10000000% en peso de carbonato de fluoroetileno (FEC) como aditivo. El electrodo de trabajo constaba de 60000000% en peso de Si (las nanopartículas de Si se obtuvieron de Alfa Aesar y el diámetro oscilaba entre 50100000000nm de espesor). El SEM, TEM y el análisis del tamaño de partícula de las nanopartículas de Si prístinas se mostraron en , ), 20000000% en peso de agente conductor (Super P) y 20000000% en peso de aglutinantes. El peso de carga de Si puro sobre la lámina de cobre es de aproximadamente 0,45 mg cm3 de espesor. Las prestaciones electroquímicas se probaron en un sistema de prueba de batería LAND (Wuhan, China) a temperatura ambiente, en el rango de voltaje de 0,011,2  V. Las morfologías de las muestras se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (SEM , Carl Zeiss Ultra 55). Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) se midieron en Perkin-Elmer 70 utilizando piezas de KBr. Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) se obtuvieron de JEOL 2100. El tamaño de partícula se midió con Brookhaven BI-90 plus. Para la prueba de pelado 180, primero se prepararon los electrodos sin Super P. La relación de masa de Si:aglutinante fue de 4:1, y el espesor de cada material de electrodo fue de aproximadamente 50000000 m. Antes de la prueba de pelado, la película del electrodo se cortó en una muestra de 30 mm de ancho y 60 mm de largo y luego se unió la cinta KingTiger a la muestra. Esta cinta se despegó utilizando una máquina de prueba mecánica de materiales de alta precisión (Shanghai Hengyi Testing Machine Company, Shanghai, China). Se controló la resistencia al pelado mientras se registraba el gráfico de fuerza-desplazamiento.