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Guo Ai
Author with expertise in Lithium-ion Battery Technology
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Side-Chain Conducting and Phase-Separated Polymeric Binders for High-Performance Silicon Anodes in Lithium-Ion Batteries

Sang-Jae Park et al.Feb 3, 2015
Here we describe a class of electric-conducting polymers that conduct electrons via the side chain π–π stacking. These polymers can be designed and synthesized with different chemical moieties to perform different functions, extremely suitable as a conductive polymer binder for lithium battery electrodes. A class of methacrylate polymers based on a polycyclic aromatic hydrocarbon side moiety, pyrene, was synthesized and applied as an electrode binder to fabricate a silicon (Si) electrode. The electron mobilities for PPy and PPyE are characterized as 1.9 × 10–4 and 8.5 × 10–4 cm2 V–1 s–1, respectively. These electric conductive polymeric binders can maintain the electrode mechanical integrity and Si interface stability over a thousand cycles of charge and discharge. The as-assembled batteries exhibit a high capacity and excellent rate performance due to the self-assembled solid-state nanostructures of the conductive polymer binders. These pyrene-based methacrylate binders also enhance the stability of the solid electrolyte interphase (SEI) of a Si electrode over long-term cycling. The physical properties of this polymer are further tailored by incorporating ethylene oxide moieties at the side chains to enhance the adhesion and adjust swelling to improve the stability of the high loading Si electrode.
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Partial cationic exchange boosting sodium storage of NaVP2O7

Hang Zhou et al.Jun 3, 2024
Sodium vanadium pyrophosphate (NaVP2O7 or NVP) with KAlP2O7-type structure exhibits an elevated redox potential (3.9 V vs. Na/Na+) compared to other vanadium-based polyanion cathodes, which enhances its superiority for high-energy sodium-ion batteries (SIBs), but encounters with the low Na+ conduction. Herein, we propose a cation exchange strategy to generate a skeleton-expanded Na1-xKxVP2O7 (x ≈ 0.25, denoted as NKVP) cathode stemming from its pyrophosphate counterpart KVP2O7. Different from previous entire ion-exchange method, the partial retained K skeleton in NKVP expanded the Na-ion conduction bottleneck to facilitate the Na-ions to across, lowered the Na-ion diffusion barriers (0.33 to 0.27 eV), which directly boosted Na-ion diffusion kinetics. As a result, the NKVP exhibited much higher specific capacity than NVP (73.8 vs. 25.2 mAh g−1), and it remained 55.7 % even at 40C (4.1 A g−1), surpassing most of pyrophosphate cathode. This was also verified at high-rate NKVP//NaTi2(PO4)3 and NKVP//hard‑carbon full cells. Moreover, the expanded bottleneck also reinforced the structure stability, enabling the NKVP cycle at 10C over 2200 cycles. This research opens new avenues for the design of high-rate and long-cycling polyanionic materials.