Recent Progress of Polymeric Binder for Practical Silicon Anode-based Lithium-ion Batteries

Abstract

전기자동차와 에너지 저장 시스템(ESS)에 대한 요구사항이 커짐에 따라 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도의 증가는 필연적이다. 현재 상용 흑연 음극은 낮은 이론 용량(372 mAh g-1)으로 인해 더 높은 에너지 밀도에 대한 수요를 충족할 수 없다. 실리콘은 높은 이론 용량(4200 mAh g-1)과 낮은 작동 전압으로 차세대 음극 소재로 각광받고 있다. 그러나 반복적인 충방전 과정에서 실리콘 음극의 부피팽창은 급속한 용량 감소 및 짧은 사이클 수명을 초래한다. 본 리뷰에서 이러한 단점을 극복하기 위한 고분자 바인더 소재에 대한 요구 특성을 설명하고, 바인더 종류를 천연 바인더와 합성 바인더로 나누어 이에 대한 연구 결과를 소개하고, 차세대 실리콘 음극용 바인더 개발을 제안하고자 한다. As the requirements for electric vehicles and energy storage systems (ESS) grow, the increase energy density of lithium-ion batteries is inevitable. At present, commercial graphite anode has a low theoretical capacity of only 372 mAh g-1, which cannot meet the increasing demand of high energy density. Silicon (Si) is considered as a next-generation anode material due to its high theoretical capacity (4200 mAh g-1) and low operating voltage. However, volume expansion of the Si anode during repeated charge and discharge shows rapid capacity decay and short cycle life. In this mini review, we provide the requirements of polymeric binders for Si anode materials. It also covers recent outstanding achievements in the design of two types of binders such as synthetic binders and natural binders.