通过ATRP为高性能NCM811阴极结合剂量身定制的PVDF接种共聚物

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 聚合物化学 聚合物化学

背景情况:

• 高层氧化物,如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811),对于高能量密度的离子电池 (LIB) 来说至关重要.
• 传统的聚合物结合剂,如聚乙烯化物 (PVDF),在灵活性和粘合性方面存在局限性,影响电池性能和寿命.
• 修改活性阴极材料是常见的,但优化粘合剂特性提供了一个增强LIBs的补充策略.

研究的目的:

• 在LIBs中开发用于高阴极材料的新型功能化聚合物粘合剂.
• 通过原子转移基聚合 (ATRP) 来设计聚乙烯化物-共三乙烯 (PVDF-CTFE) 结合剂.
• 评估这些改性结合剂对NCM811阴极的电化学性能和结构稳定性的影响.

主要方法:

• 使用原子转移基聚合物 (ATRP) 合成功能化的PVDF-CTFE结合剂.
• 粘合剂性质的表征,包括灵活性,粘合强度和离子导电性.
• 使用设计的粘合剂,制造和电化学测试NCM811半电池.
• 尸体解剖后分析,以调查循环后NCM811的结构完整性.

主要成果:

• 接种的PVDF-CTFE粘合剂显著提高了灵活性 (319%的延长) 和粘合强度 (比PVDF高50倍).
• 工程结合剂促进了高效的离子导电通路,并展示了过渡金属化能力.
• 采用设计结合剂的NCM811半电池在4C时实现了143.4mAhg-1的速率能力.
• 观察到异常的循环稳定性,在0.5C下230个循环后70.1%的容量保留,而未经修改的PVDF则为52.3%.

结论:

• 通过ATRP对PVDF-CTFE进行共振接种,可以为高能LIBs创建先进的结合剂.
• 这些功能化的结合剂显著提高了NCM811阴极的电化学性能和循环稳定性.
• 增强的粘合剂特性有助于提高结构完整性和电池的整体寿命.