Achievements, challenges, and perspectives in the design of polymer binders for advanced lithium-ion batteries
Notice bibliographique
Résumé
Energy storage devices with high power and energy density are in demand owing to the rapidly growing population, and lithium-ion batteries (LIBs) are promising rechargeable energy storage devices. However, there are many issues associated with the development of electrode materials with a high theoretical capacity, which need to be addressed before their commercialization. Extensive research has focused on the modification and structural design of electrode materials, which are usually expensive and sophisticated. Besides, polymer binders are pivotal components for maintaining the structural integrity and stability of electrodes in LIBs. Polyvinylidene difluoride (PVDF) is a commercial binder with superior electrochemical stability, but its poor adhesion, insufficient mechanical properties, and low electronic and ionic conductivity hinder its wide application as a high-capacity electrode material. In this review, we highlight the recent progress in developing different polymeric materials (based on natural polymers and synthetic non-conductive and electronically conductive polymers) as binders for the anodes and cathodes in LIBs. The influence of the mechanical, adhesion, and self-healing properties as well as electronic and ionic conductivity of polymers on the capacity, capacity retention, rate performance and cycling life of batteries is discussed. Firstly, we analyze the failure mechanisms of binders based on the operation principle of lithium-ion batteries, introducing two models of "interface failure" and "degradation failure". More importantly, we propose several binder parameters applicable to most lithium-ion batteries and systematically consider and summarize the relationships between the chemical structure and properties of the binder at the molecular level. Subsequently, we select silicon and sulfur active electrode materials as examples to discuss the design principles of the binder from a molecular structure point of view. Finally, we present our perspectives on the development directions of binders for next-generation high-energy-density lithium-ion batteries. We hope that this review will guide researchers in the further design of novel efficient binders for lithium-ion batteries at the molecular level, especially for high energy density electrode materials.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».