
物理化学学报 >> 2019, Vol. 35 >> Issue (12): 1382-1390.doi: 10.3866/PKU.WHXB201903060
Rahim Shah1,2,Naveed Alam1,2,Amir A.Razzaq1,2,杨成1,2,陈宇杰1,2,胡加鹏1,2,赵晓辉1,2,*(
),彭扬1,2,邓昭1,2,*(
)
收稿日期:2019-03-26
录用日期:2019-05-13
发布日期:2019-05-20
通讯作者:
赵晓辉,邓昭
E-mail:zhaoxh@suda.edu.cn;zdeng@suda.edu.cn
基金资助:
Shah Rahim1,2,Alam Naveed1,2,A. Razzaq Amir1,2,Cheng YANG1,2,Yujie CHEN1,2,Jiapeng HU1,2,Xiaohui ZHAO1,2,*(
),Yang PENG1,2,Zhao DENG1,2,*(
)
Received:2019-03-26
Accepted:2019-05-13
Published:2019-05-20
Contact:
Xiaohui ZHAO,Zhao DENG
E-mail:zhaoxh@suda.edu.cn;zdeng@suda.edu.cn
Supported by:摘要:
本文通过不同形貌的石墨材料,研究了聚丙烯腈-丁二烯(NBR)作为锂离子电池粘结剂的电化学性能,并与商业化粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)进行了对比。由于NBR无定形的晶体结构和连续性的特点,使其能够更好的粘结在活性材料表面,在球型和片状石墨表面都能形成均一的具有抑制副反应和提高锂离子传输能力的保护层。实验证明,片层状石墨在以PVDF作粘结剂时,电化学性能较差。然而,以NBR作为粘结剂时,球型和片状的石墨材料在库伦效率、循环稳定性和传输动力学上都有明显的提升。此项研究证实了粘结剂和活性材料的一致性对于提高锂离子电池电化学性能的重要性。
Rahim Shah,Naveed Alam,Amir A.Razzaq,杨成,陈宇杰,胡加鹏,赵晓辉,彭扬,邓昭. 粘结剂对形貌各异的石墨负极电化学性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(12), 1382-1390. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903060
Shah Rahim,Alam Naveed,A. Razzaq Amir,Cheng YANG,Yujie CHEN,Jiapeng HU,Xiaohui ZHAO,Yang PENG,Zhao DENG. Effect of Binder Conformity on the Electrochemical Behavior of Graphite Anodes with Different Particle Shapes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica 2019, 35(12), 1382-1390. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903060
Table 1
C.E analysis of the initial charge-discharge cycle of S-graphite-PVDF, S-graphite-NBR, F-graphite-PVDF, and F-graphite-NBR electrodes."
| Electrode | S-graphite-PVDF | S-graphite-NBR | F-graphite-PVDF | F-graphite-NBR |
| First-cycle C.E | 85.3% | 87.0% | 82.6% | 85.5% |
| Reversible C.E | 95.6% | 99.2% | 98.5% | 99.5% |
| SEI contribution | 10.3% | 12.2% | 15.9% | 14.0% |
Fig 6
The comparison in cycle performances of (a, c) S-graphite-PVDF, S-graphite-NBR and (b, d) F-graphite-PVDF, F-graphite-NBR electrodes at 0.2C and 1C, respectively. (e) Comparison of the electrochemical performance to literature values for graphite electrodes with different binders. Nyquist plots of all graphite electrodes using the PVDF or NBR binder. (f) Fresh electrode, (g) after first, and (h) after 100 cycles."
| 1 | (a) Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a |
| (b) Sun, Y.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1, 16071. doi: 10.1038/nenergy.2016.71 | |
| 2 | (a) Wang, Y. D.; Wang, J.; Mu, Q. Y.; Li, Y. W.; Qi, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23, 14.[王雅丹,王剑,牟其勇,李永伟,其鲁,物理化学学报, 2007, 23, 14.] doi: 10.3866/PKU.WHXB2007Supp04 |
| (b) Kang, B.; Ceder, G. Nature 2009, 458, 190. doi: 10.1038/nature07853 | |
| (c) Scrosati, B.; Garche, J. J. Power Sources 2010, 195, 2419. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.048 | |
| (d) Zhou, G.; Li, F.; Cheng, H. M. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1307. doi: 10.1039/C3EE43182G | |
| 3 | (a) Li, F.; Xu, X. Z.; Song, H.; Xiong, J.; Wu, F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 2205.[李芬,徐献芝,宋辉,熊晋,吴飞,物理化学学报, 2009, 25, 2205.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20091119 |
| (b) Yoo, M.; Frank, C. W.; Mori, S.; Yamaguchi, S. Chem. Mater. 2004, 16, 1945. doi: 10.1021/cm0304593 | |
| (c) Rago, N. D.; Bareño, J.; Li, J.; Du, Z.; Wood Ⅲ, D. L.; Steele, L. A.; Lamb, J.; Spangler, S.; Grosso, C.; Fenton, K.; Bloom, I. 2018, 385, 148. J. Power Sources 2018, 385, 148. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.01.009 | |
| 4 |
Zhang S. S. ; Jow T. R. J. Power Sources 2002, 109, 422.
doi: 10.1016/S0378-7753(02)00107-6 |
| 5 |
Ma Y. ; Ma J. ; Chai J. ; Liu Z. ; Ding G. ; Xu G. ; Liu H. ; Chen B. ; Zhou X. ; Cui G. ; et al ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 41462.
doi: 10.1021/acsami.7b11342 |
| 6 | (a) Zhang, S. S.; Xu, K.; Jow, T. R. J. Power Sources 2004, 138, 226. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.05.056 |
| (b) Patnaik, S. G.; Vedarajan, R.; Matsumi, N. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 17909. doi: 10.1039/C7TA03843G | |
| 7 |
Komaba S. ; Shimomura K. ; Yabuuchi N. ; Ozeki T. ; Yui H. ; Komaba S. ; Shimomura K. ; Yabuuchi N. ; Ozeki T. ; Yui H. ; Konno K. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13487.
doi: 10.1021/jp201691g |
| 8 | (a) Buqa, H.; Holzapfel, M.; Krumeich, F.; Veit, C.; Novák, P. J. Power Sources 2006, 161, 617. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.03.073 |
| (b) Lee, J. R.; Won, J. H.; Kim, J. H.; Kim, K. J.; Lee, S. Y. J. Power Sources 2012, 216, 42. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.05.052 | |
| 9 |
Komaba S. ; Yabuuchi N. ; Ozeki T. ; Okushi K. ; Yui H. ; Konno K. ; Katayama Y. ; Miura T. J. Power Sources 2010, 195, 6069.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.12.058 |
| 10 |
Lee J. H. ; Paik U. ; Hackley V. A. ; Choi Y. M. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, A1763.
doi: 10.1149/1.1979214 |
| 11 |
Tanaka S. ; Narutomi T. ; Suzuki S. ; Nakao A. ; Oji H. ; Yabuuchi N. J. Power Sources 2017, 358, 121.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.05.032 |
| 12 | (a) Lee, S. Y.; Choi, Y.; Hong, K. S.; Lee, J. K.; Kim, J. Y.; Bae, J. S.; Jeong, E. D. Appl. Surf. Sci. 2018, 447, 442. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.04.004 |
| (b) Hays, K. A.; Ruther, R. E.; Kukay, A. J.; Cao, P. F.; Saito, T.; Wood, D. L.; Li, J. L. J. Power Sources 2018, 384, 136. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.02.085 | |
| 13 |
Qiu L. ; Shen Y. ; Fan H. ; Yang X. ; Wang C. Int. J. Biol. Macromol. 2018, 115, 672.
doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.04.062 |
| 14 |
Lee B. R. ; Kim S. j. ; Oh E. S. J. Electrochem. Soc. 2014, 161, A2128.
doi: 10.1149/2.0641414jes |
| 15 |
Wu Y. L. ; Yang J. ; Wang J. L. ; Yin L. C. ; Nuli Y. N. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 283.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20100205 |
|
伍英蕾; 杨军; 王久林; 尹利超; 努丽燕娜. 物理化学学报, 2010, 26, 283.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20100205 |
|
| 16 |
Kovalenko I. ; Zdyrko B. ; Magasinski A. ; Hertzberg B. ; Milicev Z. ; Burtovyy R. ; Luzinov I. ; Yushin G. Science 2011, 334, 75.
doi: 10.1126/science.1209150 |
| 17 |
Bae J. ; Cha S. H. ; Park J. Macromol. Res. 2013, 21, 826.
doi: 10.1002/aenm.201100236 |
| 18 |
Kim J. S. ; Choi W. ; Cho K. Y. ; Byun D. ; Lim J. ; Lee J. K. J. Power Sources 2013, 244, 521.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.02.049 |
| 19 |
Ma Y. ; Chen K. ; Ma J. ; Xu G. ; Dong S. ; Chen B. ; Li J. ; Chen Z. ; Zhou X. ; Cui G. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 273.
doi: 10.1039/C8EE02555J |
| 20 |
Liu W. R. ; Yang M. H. ; Wu H. C. ; Chiao S. ; Wu N. L. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A100.
doi: 10.1149/1.1847685 |
| 21 |
Shah R. ; Gu J. ; Razzaq A. ; Zhao X. ; Shen X. ; Miao L. ; Yan C. ; Peng Y. ; Deng Z. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 3171.
doi: 10.1021/acsaem.8b00388 |
| 22 | (a) Wang, H.; Umeno, T.; Mizuma, K.; Yoshio, M. J. Power Sources 2008, 175, 886. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.09.103 |
| (b) Rezvani, S. J.; Pasqualini, M.; Witkowska, A.; Gunnella, R.; Birrozzi, A.; Minicucci, M.; Rajantie, H.; Copley, M.; Nobili, F.; Di Cicco, A. Appl. Surf. Sci. 2018, 435, 1029. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.10.195 | |
| (c) Chou, W. Y.; Jin, Y. C.; Duh, J. G.; Lu, C. Z.; Liao, S. C. Appl. Surf. Sci. 2015, 355, 1272. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.08.046 | |
| 23 |
Wang Y. ; Zheng H. ; Qu Q. ; Zhang L. ; Battaglia VS. ; Zheng H. Carbon 2015, 92, 318.
doi: 10.1016/j.carbon.2015.04.084 |
| 24 | (a) Shi, Q.; Heng, S.; Qu, Q.; Gao, T.; Liu, W.; Hang, L.; Zheng, H. J. Mater. Chem. A 2017, 22, 10885. doi: 10.1039/C7TA02706K |
| (b) Luo, L.; Xu, Y.; Zhang, H.; Han, X.; Dong, H.; Xu, X.; Chen C.; Zhang, Y.; Lin, J. ACS Appl Mater Inter. 2016, 12, 8154. doi: 10.1021/acsami.6b03046 | |
| 25 | (a) Wotango, A. S.; Su, W. N.; Haregewoin, A. M.; Chen, H. M.; Cheng, J. H.; Lin, M. H.; Wang, C. H.; Hwang, B. J. ACS Appl. Mater. Inter. 2018, 10, 25252. doi: 10.1021/acsami.8b02185 |
| (b) Wang, Y.; Zhang, L.; Qu, Q.; Zhang, J.; Zheng, H. Electrochim. Acta 2016, 191, 70. doi: 10.1016/j.electacta.2016.01.025 | |
| 26 | (a) Xiang, H.; Mei, D.; Yan, P.; Bhattacharya, P.; Burton, S. D.; von Wald Cresce, A.; Cao, R.; Engelhard, M. H.; Bowden, M. E.; Zhu, Z.; et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 20687. doi: 10.1021/acsami.5b05552 |
| (b) Kil, K. C. Paik, U. Macromol. Res. 2015, 23, 719. doi: 10.1007/s13233-015-3094-1 | |
| 27 | (a) Wang, R.; Feng, L.; Yang, W.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Bai, W.; Liu, B.; Zhang, W.; Chuan, Y.; Zheng, Z. Nanoscale Res. Lett. 2017, 12, 575. doi: 10.1186/s11671-017-2348-6 |
| (b) Komaba, S.; Itabashi, T.; Kaplan, B.; Groult, H.; Kumagai, N. Electrochem. Commun. 2003, 5, 962. doi: 10.1016/j.e;ecom.2003.09.003 | |
| (c) Lee, J. T.; Wu, M. S.; Wang, F. M.; Lin, Y. W.; Bai, M. Y.; Chiang, P. C. J. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, A1837. doi: 10.1149/1.1993407 | |
| 28 | (a) Chai, L.; Qu, Q.; Zhang, L.; Shen, M.; Zhang, L.; Zheng, H. Electrochim. Acta 2013, 105, 378. doi: 10.1016/j.electacta.2013.05.009 |
| (b) Wang, Z.; Dang, G.; Zhang, Q.; Xie, J. Inter. J. Electrochem. Sci. 2017, 12, 7457. doi: 10.20964/2017.08.55 | |
| (c) Zhao, H.; Du, A.; Ling, M.; Battaglia, V.; Liu, G. Electrochim. Acta 2016, 209, 159. doi: 10.1016/j.electacta.2016.05.061 | |
| (d) Gómez-Cámer, J. L.; Bünzli, C.; Hantel, M. M.; Poux, T.; Novák, P. Carbon 2016, 105, 42. doi: 10.1016/j.carbon.2016.04.022 | |
| (e) Ku, J. H.; Hwang, S. S.; Ham, D. J.; Song, M. S.; Shon, J. K.; Ji, S. M.; Choi, J. M.; Doo, S. G. J. Power Sources 2015, 287, 36. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.04.007 | |
| (f) Shin, D.; Park, H.; Paik, U. Electrochem. Commun. 2017, 77, 103. doi: 10.1016/j.elecom.2017.02.018 | |
| 29 | (a) Tang, J.; Yang, J.; Zhou, X.; Yao, H.; Zhou, L. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 23844. doi: 10.1039/C5TA06859B |
| (b) Levi, M. D.; Aurbach, D. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4630. doi: 10.1021/jp9701909 | |
| (c) Sun, X. Z.; Huang, B.; Zhang, X.; Zhang, D. C.; Zhang, H. T.; Ma, Y. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 2071.[孙现众,黄博,张熊,张大成,张海涛,马衍伟.物理化学学报, 2014, 30, 2071.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201408292 | |
| 30 | (a) Zhang, L.; Zhang, L.; Chai, L.; Xue, P.; Hao, W.; Zheng, H. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19036. doi: 10.1039/C4TA04320K |
| (b) Ryou, M. H.; Kim, J.; Lee, I.; Kim, S.; Jeong, Y.; K.; Hong, S.; Ryu, J. H.; Kim, T. S.; Park, J. K.; Lee, H. Adv. Mater. 2013, 25, 1571. doi: 1010.1002/adma.201203981 |
| [1] | 祝鑫彤, 曹斌, 闫崇, 唐城, 陈爱兵, 张强. 锂离子电池石墨负极包覆研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100096 - . |
| [2] | 宋亮亮, 梁颢严, 李顺清, 邱报, 刘兆平. 超高比能电池高锰富锂层状氧化物正极材料面临的挑战与解决策略[J]. 物理化学学报, 2025, 41(8): 100085 - . |
| [3] | 王禹尧, 曹志涛, 杜泽宇, 曹鑫鑫, 梁叔全. 钠离子电池铁基聚阴离子正极材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(4): 100035 - . |
| [4] | 黄奥羽, 许君, 黄玉, 储圭, 王卯, 王黎丽, 孙永奇, 蒋臻, 朱晓波. 通过简单的浆料添加剂调整电极-电解液界面以实现稳定的高电压锂离子电池[J]. 物理化学学报, 2025, 41(4): 100037 - . |
| [5] | 林学宇, 王瑞琦, 董武杰, 黄富强. 高性能双金属氧化物负极的理性设计及储锂特性[J]. 物理化学学报, 2025, 41(3): 100021 - . |
| [6] | 王卓, 白雪, 张可新, 王鸿志, 董家宝, 高源, 赵斌. MOF模板法合成氮掺杂碳材料用于增强电化学钠离子储存和去除[J]. 物理化学学报, 2025, 41(3): 100026 - . |
| [7] | 严鹏程, 王鹏, 黄婧, 莫曌, 徐丽, 陈芸, 张瑜, 齐志冲, 许晖, 李赫楠. 多策略提升卤化氧铋活性材料的光电性能及其在光电化学领域的应用进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(2): 100014 - . |
| [8] | 黄辰悦, 郑鸿飞, 秦宁, 王灿沛, 王利光, 陆俊. 单晶高镍三元正极材料:挑战与策略[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 2308051 - . |
| [9] | 张景硕, 翟越, 赵子云, 何家兴, 魏伟, 肖菁, 吴士超, 杨全红. 锂离子电池硅基负极用功能粘结剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2024, 40(6): 2306006 - . |
| [10] | 李莹, 赵钰燊, 陈凯, 刘旭, 伊廷锋, 陈立锋. 高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计[J]. 物理化学学报, 2024, 40(3): 2305007 - . |
| [11] | 胡雪晨, 夏求应, 岳钒, 何欣怡, 梅正浩, 王金石, 夏晖, 黄晓东. LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用[J]. 物理化学学报, 2024, 40(2): 2309046 - . |
| [12] | 张思宇, 谷昆泓, 鲁兵安, 韩俊伟, 周江. 退役锂离子电池正极的湿法冶金回收工艺:可持续技术的进展与应用[J]. 物理化学学报, 2024, 40(10): 2309028 - . |
| [13] | 李琪, 黎平安, 刘泽通, 张佳辉, 张浩, 余维来, 胡先罗. 同轴静电纺丝构筑微/纳米结构隔膜与电极材料用于锂离子电池:从原理到应用[J]. 物理化学学报, 2024, 40(10): 2311030 - . |
| [14] | 陈帅, 余创, 罗启悦, 魏超超, 李莉萍, 李广社, 程时杰, 谢佳. 卤化物固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210032 -0 . |
| [15] | 彭林峰, 余创, 魏超超, 廖聪, 陈帅, 张隆, 程时杰, 谢佳. 锂硫银锗矿固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2211034 -0 . |
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