Free Standing Silicon Microparticle and Self-Healing Polymer Composite for High-Energy Lithium-Ion Anode Applications
Notice bibliographique
Résumé
Developing a commercially viable silicon anode as a replacement for graphite has been the topic of intense research and discussion. Numerous attempts have been made including the use of nanoscale structures smaller than silicon’s critical fracture size (e.g. nanoparticles, nanowires, nanotubes, etc.). However, nanoscale structures, while sufficiently effective in lab scale, are difficult and expensive to scale up. To address this issue, applying a thin coat of polymer with self-healing chemistries has been reported as an effective remedy to enhance the cycle life of the silicon microparticle anode. The self-healing chemistry enabled mechanical fractures generated during the cycling process to self-heal. As a result, excellent cycle life was obtained compared to conventional microscale anodes. However, there still is room to improve the mechanical and electrochemical performances of the anode, most notably areal capacity and flexibility, while using large scale processes. In this study, a free standing silicon microparticle and self-healing polymer (SiSHP) composite is fabricated demonstrating long cycle life while still retaining high capacity (up to ~2,800mAhg-1 and ~3.5mAhcm-2) without a metal foil current collector. SiSHP composite is prepared by simple, inexpensive, and scalable approach. The SiSHP composite consists of silicon microparticles embedded within a self-healing polymeric matrix providing sufficient space for volume expansion during lithiation. The self-healing chemistry reduces irreversible loss of electric contact due to mechanical degradation prevalent in conventional slurry cast silicon electrode design. In addition, because the SiSHP composite eliminates the need for a metal current collector, adhesion issues between the electrode and current collector that arise with repeated bending are eliminated, thereby ensuring minimal loss in mechanical and electrochemical properties even after undergoing repeated bending. We found that a 1:1 Si/SHP weight ratio with 10 wt. % carbon conductive additive exhibits the optimal balance between high capacity and providing sufficient polymer matrix for stable cycling behavior. The fabricated SiSHP composite is moldable into the required shape and dimension ranging from millimeter to tens of centimeter-scale. The freestanding feature of the SiSHP composite anode eliminates the need for a metal foil current collector thereby reducing the non-active mass, which is beneficial to enhancing capacity and energy density of Lithium-ion cells.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».