簡単なローリング形成によるリチウムイオン二次電池用バインダーフリー電極の開発

Binder-Free Electrode based on Electrospun-Fiber for Li Ion Batteries via a Simple Rolling Formation.

• Yuqiong Kang
• Changjian Deng
• Xinyi Liu
• Zheng Liang
• Tao Li
• Quan Hu
• Yun Zhao

抄録

リチウムイオン二次電池（LIB）の高エネルギー密度化・小型化に伴い、高比容量活物質の開発と不活物質の使用量削減が大きな方向性となっている。ここでは、市販の集電体に直接電気紡糸膜を圧延することで、安定性に優れたリチウムイオン二次電池用バインダーフリー電極を実現するユニバーサルな方法を開発した。この圧延プロセスは、繊維構造を変えることなく繊維ウェブを高密度化するだけで、繊維ウェブは多孔質構造を維持したままである。この方法は、直接炭化させた電気紡績膜と比較して、膜の構造安定性を大幅に向上させることができる。さらに、この方法は、様々な重合性粘着性ポリマーに適しており、各ポリマーは、異なるポリマー、無機塩等との複合化が可能である。この方法で調製した電極は、２５０００ｍＡｇの電流密度で２００００サイクル以上のサイクルを安定して行うことができる。本研究は、実験研究や実用化に向けて、高いエネルギー密度と安定性を有するLIB電極を設計するための費用対効果の高い汎用性の高い戦略を提供するものである。

With the demand for higher energy density and smaller size lithium-ion batteries (LIBs), the development of high specific capacity active materials and the reduction of the usage of inactive materials are the main directions. Herein, a universal method is developed for binder-free electrodes for excellent stable LIBs by rolling the electrospun membrane directly onto the commercial current collector. The rolling process only makes the fiber web denser without changing the fiber structure, and the fiber web still maintains a porous structure. This strategy significantly improves the structural stability of the membrane compared to the direct carbonized electrospun membrane. Moreover, this method is suitable for a variety of polymerizable adhesive polymers, and each polymer can be composited with different polymers, inorganic salts, etc. The electrode prepared by this method can be stably cycled for more than 2000 cycles at a current density of 2500 mA g. This study provides a cost-effective and versatile strategy to design the LIB electrode with high energy density and stability for experimental research and practical application.