Revisiting and improving the preparation of silicon-based electrodes for lithium-ion batteries: ball milling impact on poly(acrylic acid) polymer binders

Autor: Mariama Ndour, Laure Monconduit, Thibaut Chartrel, Luc Aymard, Véronique Bonnet, Franck Dolhem, Sébastien Cavalaglio, Jean-Pierre Bonnet
Přispěvatelé: Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Laboratoire de Glycochimie, des Antimicrobiens et des Agro-ressources - UMR CNRS 7378 (LG2A ), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Materials Chemistry Frontiers
Materials Chemistry Frontiers, Royal Society of Chemistry, 2019, 3, pp.881-891. ⟨10.1039/c8qm00660a⟩
Materials Chemistry Frontiers, 2019, 3, pp.881-891. ⟨10.1039/c8qm00660a⟩
ISSN: 2052-1537
DOI: 10.1039/c8qm00660a⟩
Popis: This study revisits and optimizes silicon/carbon/poly(acrylic acid) – (PAA) composite anode preparation for lithium-ion batteries. The objective is to analyze the specific impact of the high energy ball milling step on the PAA polymer binder and on the composite anode electrochemical behavior in order to improve cycling performance. For this purpose, three commercial PAAs with 15, 450 and 3000 kg mol−1 average molar masses are considered. PAA structural alterations induced by ball milling are investigated by SEC, IRTF, 1H NMR and TGA. It appears that PAA 15k is slightly degraded while higher molar mass PAAs are significantly deteriorated. An innovative optimized formulation, combining (1) ball milling of carbon and Si only followed by (2) magnetic stirring of this mixture with PAA and a dispersant is proposed and compared to an all ball milling formulation. The first step is essential to get good electrochemical performance and the second enables the maintenance of polymer integrity. The highest electrochemical capacity retention after 20 cycles is obtained for the PAA 450k-based electrode (84%) compared with those of PAA 15k and PAA 3000k of 62% and 29%, respectively. Interestingly, this capacity retention is also significantly improved compared with that of the corresponding PAA 450k all ball milling formulation electrode (65%).
Databáze: OpenAIRE
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