Shear force effect of the dry process on cathode contact coverage in all-solid-state batteries

材料科学 电极 颗粒 电解质 阴极 易燃液体 电化学 纳米技术 复合材料 电气工程 废物管理 化学 物理化学 工程类
作者
Dongkyu Lee,Yejin Shim,Young‐Sung Kim,Guhan Kwon,Seung Ho Choi,Kyung-Su Kim,Dong‐Joo Yoo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 4763-4763 被引量:75
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49183-3
摘要

The state-of-the-art all-solid-state batteries have emerged as an alternative to the traditional flammable lithium-ion batteries, offering higher energy density and safety. Nevertheless, insufficient intimate contact at electrode-electrolyte surface limits their stability and electrochemical performance, hindering the commercialization of all-solid-state batteries. Herein, we conduct a systematic investigation into the effects of shear force in the dry electrode process by comparing binder-free hand-mixed pellets, wet-processed electrodes, and dry-processed electrodes. Through digitally processed images, we quantify a critical factor, 'coverage', the percentage of electrolyte-covered surface area of the active materials. The coverage of dry electrodes was significantly higher (67.2%) than those of pellets (30.6%) and wet electrodes (33.3%), enabling superior rate capability and cyclability. A physics-based electrochemical model highlights the effects of solid diffusion by elucidating the impact of coverage on active material utilization under various current densities. These results underscore the pivotal role of the electrode fabrication process, with the focus on the critical factor of coverage.
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