Cellulose carboxyméthylique greffée par poly (acide acrylique sodique) en tant que liant polymère haute performance pour l'anode en silicium dans les batteries au lithium-ion

La conception de nouveaux systèmes de liants est nécessaire pour les anodes en silicium (Si) à haute capacité, qui subissent généralement d'énormes changements de volume au cours du cycle de charge/décharge. Nous introduisons ici un copolymère de poly(acide acrylique sodium)-carboxyméthylcellulose greffé (NaPAA-g-CMC) comme excellent liant pour l'anode en Si dans les batteries lithium-ion (LIB). Le copolymère NaPAA-g-CMC a été préparé via une méthode de polymérisation par greffage radicalaire en utilisant la CMC et l'acide acrylique comme précurseurs. Contrairement aux liants linéaires unidimensionnels, le liant copolymère NaPAA-g-CMC devrait présenter une interaction multipoint avec la surface du Si, ce qui entraînerait une capacité de liaison améliorée avec les particules de Si ainsi qu'avec les collecteurs de courant en cuivre (Cu), et construire une couche d'interface électrolyte solide (SEI) stable sur la surface du Si. L'anode en Si à base de NaPAA-g-CMC présente une bien meilleure stabilité de cycle et une efficacité coulombienne plus élevée que celles fabriquées avec les liants polymères linéaires bien connus tels que la CMC et le NaPPA. 1&mince; g de puissance CMC a été dissous dans 50  mL d'eau distillée forme une solution collante transparente, puis la solution a été placée dans un flacon à trois cols de 250 mL équipé d'un agitateur mécanique. Après avoir été purgé avec de l'azote pendant 6&thinspo;comment éliminer l'oxygène, 2,5&thinspo;ml de monomère d'acide acrylique et l'initiateur (NH)SO/NaHSO, 0,1:0,03 g) ont été ajoutés . La solution a ensuite été chauffée à 55 °C sous agitation continue à une vitesse de rotation de 270 pendant 2 h pour produire du PAA-CMC. L'atmosphère d'azote a été maintenue tout au long du processus de réaction. Enfin, le PAA-CMC a été neutralisé par une solution d'hydroxyde de sodium jusqu'à pH 6. Des piles bouton de type CR2016 ont été assemblées dans une boîte à gants remplie d'argon avec des teneurs en oxygène et en eau inférieures à 1 000000 min; ppm, en utilisant une feuille de lithium. comme contre-électrode et un polymère comme séparateur. L'électrolyte était du LiPF 1 M dissous dans le mélange de carbonate de diméthyle (DMC) et de carbonate d'éthylène (EC) (rapport volumique 1: 1), plus 10 000 000 % en poids de carbonate de fluoroéthylène (FEC) comme additif. L'électrode de travail était constituée de 60 & fines % en poids de Si (les nanoparticules de Si ont été obtenues auprès d'Alfa Aesar et le diamètre variait de 50 100 & fines ; nm). Les analyses SEM, TEM et granulométriques des nanoparticules de Si vierges ont été présentées en , ), 20 % en poids d'agent conducteur (Super P) et 20 % en poids de liants. Le poids de chargement de Si pur sur la feuille de cuivre est d'environ 0,45 mg cm. Les performances électrochimiques ont été testées sur un système de test de batterie LAND (Wuhan, Chine) à température ambiante, dans la plage de tension de 0,011,2 V. Les morphologies des échantillons ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage à émission de champ (MEB). , Carl Zeiss Ultra 55). Les spectres infrarouges à transformée de Fourier (FTIR) ont été mesurés sur Perkin-Elmer 70 à l'aide de pièces de KBr. Les images de microscopie électronique à transmission (TEM) ont été obtenues à partir de JEOL 2100. La taille des particules a été mesurée à partir du Brookhaven BI-90 plus. Pour un test de pelage de 180°, les électrodes sans Super P ont d'abord été préparées. Le rapport massique Si: liant était de 4: 1 et l'épaisseur de chaque matériau d'électrode était d'environ 50&min. Avant le test de pelage, le film d'électrode a été découpé en un échantillon de 30 000000 mm de large et de 60 000000 mm de long, et le ruban KingTiger a ensuite été fixé à l'échantillon. Cette bande a été décollée à l'aide d'une machine d'essai mécanique des matériaux de haute précision (Shanghai Hengyi Testing Machine Company, Shanghai, Chine). La résistance au pelage a été surveillée tandis que le tracé force-déplacement a été enregistré.