Привитая карбоксиметилцеллюлоза поли (акриловой кислоты натрия) в качестве высокоэффективного полимерного связующего для кремниевого анода в литий-ионных батареях

Разработка новых связующих систем необходима для кремниевых (Si) анодов большой емкости, объем которых обычно сильно изменяется во время циклического заряда/разряда. Здесь мы представляем сополимер поли(акриловой кислоты натрия)-привитой карбоксиметилцеллюлозы (NaPAA-g-CMC) в качестве превосходного связующего для кремниевых анодов в литий-ионных батареях (LIB). Сополимер NaPAA-g-CMC был получен методом свободнорадикальной привитой полимеризации с использованием CMC и акриловой кислоты в качестве предшественников. В отличие от линейных одномерных связующих, ожидается, что связующее на основе сополимера NaPAA-g-CMC будет обеспечивать многоточечное взаимодействие с поверхностью Si, что приводит к улучшенной способности связывания с частицами Si, а также с медными (Cu) токосъемниками, и создание стабильного слоя интерфейса твердого электролита (SEI) на поверхности Si. Кремниевый анод на основе NaPAA-g-CMC демонстрирует гораздо лучшую циклическую стабильность и более высокую кулоновскую эффективность, чем анод, изготовленный с использованием хорошо известных линейных полимерных связующих, таких как CMC и NaPPA. &мл дистиллированной воды образовывал прозрачный липкий раствор, а затем раствор помещали в трехгорлую колбу емкостью 250&мл, снабженную механической мешалкой. После продувки азотом в течение 6 как удалить кислород, добавляли 2,5&thsp;мл мономера акриловой кислоты и инициатор (NH)SO/NaHSO, 0,1:0,03 g). . Затем раствор нагревали до 55°С при непрерывном перемешивании со скоростью 270 об/мин в течение 2 часов с получением ПАК-КМЦ. Атмосферу азота поддерживали на протяжении всего процесса реакции. Наконец, ПАК-КМЦ нейтрализовали раствором гидроксида натрия до уровня PH 6. Монетообразные элементы типа CR2016 собирали в перчаточном боксе, заполненном аргоном, с содержанием кислорода и воды менее 1000000 ppm, используя литиевую фольгу. в качестве противоэлектрода и полимер в качестве сепаратора. Электролит представлял собой 1М LiPF, растворенный в смеси диметилкарбоната (DMC) и этиленкарбоната (EC) (1:1 в объемном соотношении), плюс 1000000% мас. фторэтиленкарбоната (FEC) в качестве добавки. Рабочий электрод состоял из 60&тонких% масс. Si (наночастицы Si были получены от Alfa Aesar, а диаметр находился в пределах 50100&тонких нм. СЭМ, ПЭМ и анализ размера частиц первичных наночастиц кремния были показаны в 20&тонких массовых % проводящего агента (Super P) и 20&тонких массовых% связующих веществ. Масса загрузки чистого Si на медную фольгу составляет около 0,45000000 мг·см. Электрохимические характеристики были протестированы на испытательной системе для аккумуляторов LAND (Ухань, Китай) при комнатной температуре, в диапазоне напряжений 0,011,2&В. Морфологию образцов характеризовали методом автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии (SEM). , Карл Цейсс Ультра 55). Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье (FTIR) были измерены на Perkin-Elmer 70 с использованием кусочков KBr. Изображения трансмиссионной электронной микроскопии (ТЕМ) были получены с JEOL 2100. Размер частиц измеряли с помощью Brookhaven BI-90 plus. Для теста на отслаивание 180 сначала готовили электроды без Super P. Массовое соотношение Si:связующее составляло 4:1, а толщина каждого электродного материала составляла около 50000000 тонких мкм. Перед испытанием на отслаивание электродную пленку разрезали на образец толщиной 30 <000000 мм и длиной 60 <000000 мм, а затем к образцу прикрепляли ленту KingTiger. Эта лента была отделена с помощью высокоточной машины для механических испытаний материалов (Shanghai Hengyi Testing Machine Company, Шанхай, Китай). Прочность на отслаивание контролировали, записывая график зависимости силы от смещения.