Immersion precipitation route towards high performance thick and flexible electrodes for Li-ion batteries

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作者
Peter Paul R. M. L. Harks,Carla B. Robledo,Chandramohan George,Chao Wang,Terry van Dijk,L.N. Sturkenboom,Erik D.W. Roesink,Fokko M. Mulder
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:441: 227200-227200 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.227200
摘要

Enabling the transition to renewable power sources requires further optimization of batteries in terms of energy/power density and cost-effectiveness. Increasing the practical thickness of Li ion battery electrodes not only can improve energy density on cell level but reduces manufacturing cost. However, thick electrodes exhibit sluggish charge-transport kinetics and are mechanically less stable, typically resulting in substandard battery performance compared to the current commercial standards (~50 μm). Here we disclose a novel method based on immersion precipitation by employing a non-solvent to solidify the battery binder, instead of solvent evaporation. This method allows for the fabrication of thick and suitable density electrodes (>100 μm with ultra-high mass loading) offering excellent electrochemical performance and mechanical stability. Using commercial electrode active materials at a remarkable mass-loading of 24 mg cm−2, the electrodes processed via immersion method are shown to deliver 3.5 mAh cm−2 at a rate of 2C and operate at rates up to 10C. As additional figure of merit, this method produces electrodes that are both stand-alone and highly flexible, which have been evaluated in flexible full-cells. Furthermore, via immersion precipitation the commonly used more toxic N-Methyl-2-pyrrolidone can be supplanted by environmentally benign dimethyl sulfoxide as solvent for processing electrode layers.
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