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Enregistrement W2524254381 · doi:10.1149/ma2016-02/3/490

The Role of Polymer Binders in Alloy Anodes

2016· article· en· W2524254381 sur OpenAlexaffabout
Timothy Hatchard, Paul Bissonnette, M. N. Obrovac

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueAnodic Oxide Films and Nanostructures
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMaterials scienceAlloyAnodePolyimideElectrolyteElectrodePolymerComposite materialLayer (electronics)Chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Portable electronics and electric vehicle applications require high energy density cells with long cycle life. Much attention has been given to Si and Si-based alloy negative electrodes because of their high theoretical volumetric capacity. These benefits are tempered by the large volume changes during charge/discharge cycling that lead to electrode failure [1]. To deal with this problem, many researchers are developing advanced binders. It has been shown that good binders for alloy materials provide good adhesion to the active materials and to the current collector, and complete coverage of the alloy particles [2]. It is suspected that by completely covering the surface of the alloy particles, binders can form an "artificial SEI" layer to reduce electrolyte decomposition reactions [2]. Other studies have shown that conductive polymers can be used as excellent binders for alloy negative electrodes [3, 4]. Aromatic polyimides (PI) have been shown to work well as binders for alloy negative electrodes [5]. PI provides excellent surface coverage of the alloy particles and adheres strongly to the alloy and the current collector. However, PI has first cycle irreversible capacity. Recent work by Wilkes et al. [6] argues that this first cycle irreversible capacity is due to the carbonization of the polyimide during the first lithiation (charge) of the anode, during which the polyimide undergoes a 34 electron reduction. The reduction product is thought to be hydrogen containing hard carbon, which serves as a high performance conductive binder for subsequent cycles. Here, it will be shown that the thermal reduction of binders to form hydrogen-containing carbons also results in electrodes with excellent cycling performance. Figure 1 shows a comparison of cycle life for a Si-based alloy electrode employing a polyimide binder that has been cured at 300 °C to a similar electrode that has been heated to 600 °C before cell construction. The cells perform very similarly, indicating that binder reduction by electrochemical lithiation can be thought of as equivalent to a thermal reduction of the PI binder. The resulting products are similar to a low temperature, hydrogen-containing carbon that provides a conductive framework and continuous coating for the alloy particles and allows excellent charge/discharge cycling. Conductive polymers also exhibit this high irreversible capacity [4, 7]. We suspect that they are also undergoing carbonization during their first lithiation. If carbonization of the binder is key to good cycling properties, the utility of using expensive conductive binders is questionable, when other more inexpensive polymers exist that undergo reduction during lithiation or can be thermally decomposed to produce conductive species. Figure 2 shows the cycle life and coulombic efficiency of an electrode similar to that of Figure 1, except utilizing an inexpensive phenolic resin binder. This presentation will discuss the carbonization of polymer binders and their role as a binder or as part of the active material itself, in the form of a conductive matrix that keeps alloy particles in electrical contact while allowing moderate expansion/contraction during cycling. The authors thank 3M Canada Co. and NSERC for funding this work under the auspices of the Industrial Research Chairs Program. References. [1] M.N. Obrovac, L. Christensen, Dinh Ba Le, and J.R. Dahn, J. Electrochem. Soc. , 154 , A849 (2007). [2] M.N. Obrovac, V.L. Chevrier, Chemical Reviews , 114 (23) , 11444 (2014). [3] G. Liu , S. Xun , N. Vukmirovic , X. Song , P. Olalde-Velasco , H. Zheng, V. S. Battaglia , L. Wang and W. Yang, Adv. Mater. , 23 , 4679 (2011). [4] S.P. Xun, X. Song, V. Battaglia and G. Liu, J. Electrochem. Soc. , 160 (6) A849 (2013). [5] J.S. Kim, W. Choi, K.Y. Cho, D. Byun, J. Lim, J.K. Lee, Journal of Power Sources , 244 , 521 (2013). [6] B.N. Wilkes, Z. L. Brown, L.J. Krause, M. Triemert, and M.N. Obrovac, J. Electrochem. Soc. 163 (3), A364 (2016). [7] H. Wu, G. Yu, L. Pan, N. Liu, M.T. McDowell, Z. Bao, Y. Cui, Nature Communications , 4 , 1943 (2013). Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,031
Score d'incertitude au seuil0,186

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,007
Tête enseignante GPT0,218
Écart entre enseignants0,211 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2016
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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