Thermally Treated Sodium Carboxymethyl Cellulose Binder for Si Alloy Anodes
Notice bibliographique
Résumé
Binder is a key component for enabling good cycle life of Si and Si-based negative electrode materials in Li-ion cells, despite comprising only 2-10 wt% of the electrode coating. In previous research, thermal carbonization of polymer binders, e.g. polyvinylidene fluoride (PVDF),1 cyclized polyacrylonitrile (PAN),2 and poly(amide imide),3 was shown to enhance the cycling performance of high energy density alloy anodes greatly. For instance, sintered Si electrodes with PVDF binder can maintain a reversible capacity of 1150 mA h g-1 over 500 cycles at 1C rate.1 Among various binders, sodium carboxymethyl cellulose (Na-CMC) has some favorable characteristics: abundance, low cost, high water solubility, good thickening properties, and a high carboxmethyl group content, which is responsible for surface binding interactions with Si.4,5 To our best knowledge, the effect of heat treatment on Na-CMC binder for Si-alloy containing anodes has not been explored yet.6 Here, electrodes were composed of 60 wt% Si alloy, 28 wt% graphite, 2 wt% carbon black (CB), and 10 wt% Na-CMC. Some of electrodes were sintered under Ar flow by heating up to 300 or 600 °C at a rate at 10 ºC/min, and then held at 300 or 600 °C for three hours. Figure 1(a) shows the TGA curve of Na-CMC polymer in the temperature range of 25-800 ºC under Ar gas. After being heated at 600 ºC in Ar, Na-CMC has a mass residue of 38.6 wt.%. The pyrolysis product consists of amorphous carbon (42 wt.%) and Na2CO3 (58 wt.%). The cycling capacity retention of Si-alloy/graphite electrodes with Na-CMC binder is shown in Figure 1(b). The unheated electrodes suffer from significant capacity fade, having only 78% capacity left after 100 cycles. The capacity retention is improved when the thermal treatment is applied. After heating at 300 ºC, the capacity retention after 100 cycles was improved to 87%. A significant improvement of capacity retention results when 600 ºC thermal treatment is applied: over 95% capacity is retained. The formation of Na2CO3 in a network of amorphous carbon contributes to this high capacity retention. Reference F. M. Hassan, V. Chabot, A. R. Elsayed, X. Xiao, and Z. Chen, Nano Lett., 14, 277–283 (2014). F. M. Hassan, R. Batmaz, J. Li, X. Wang, X. Xiao, A. Yu, and Z. Chen, Nat. Commun., 6, 8597 (2015). H. S. Yang, S. H. Kim, A. G. Kannan, S. K. Kim, C. Park, and D. W. Kim, Langmuir, 32, 3300–3307 (2016). U. S. Vogl, P. K. Das, A. Z. Weber, M. Winter, R. Kostecki, and S. F. Lux, Langmuir, 30, 10299–10307 (2014). C. C. Nguyen, T. Yoon, D. M. Seo, P. Guduru, and B. L. Lucht, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 12211–12220 (2016). R. Petibon, V. L. Chevrier, C. P. Aiken, D. S. Hall, S. R. Hyatt, R. Shunmugasundaram, and J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc., 163, A1146–A1156 (2016). Figure 1 (a)TGA curves of Na-CMC collected at a heating rate of 5 ºC/min under Ar gas. (b) Capacity retention of three V6/SFG6L/CB/Na-CMC electrodes: untreated, heated at 300 ºC in Ar, and heated at 600 ºC in Ar. Figure 1
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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) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 ».