高イオン導電性と階層的応力緩和を持つ三重架橋バインダーによるリチウムイオン電池の先進的シリコンアノード

要旨 シリコン（Si）は高エネルギー密度のリチウムイオン電池に有望なアノード材料ですが、リチウム（Li）との合金化/脱合金化中のSi粒子の著しい体積変化は、Siアノードの機械的完全性を損ない、電極の破壊、剥がれ、および急速な容量減衰を引き起こします。ここでは、ポリアクリル酸（PAA）とメラミン（MA）の場内化学架橋によって調製された、高イオン導電性および階層的応力緩和を備えた堅牢な三重架橋ネットワーク（TCN）バインダーがSiアノードに報告されています。水素結合、静電相互作用、および共有アミド結合の三重相互作用は、バインダーのSiへの接着を強化し、Siアノード内での応力緩和を相乗的に促進し、サイクリング中のSiアノードの動的構造安定性を強化します。さらに、TCNバインダーとのLi+の迅速な結合/脱結合により、0.63という印象的なLi+移動度数と1.2 × 10 −4 S cm −1の高イオン導電性が可能になります。その結果、Si-TCNアノードは、2 mg cm −2の高質量負荷で2268 mAh g −1の比容量、5 A g −1で1673 mAh g −1の高レート性能、1 A g −1で250サイクルの安定したサイクリングを示し、高エネルギー密度のSiベースのバッテリーに大きな展望を示しています。