Interconnected Metallic Membrane Enabled by MXene Inks Toward High‐Rate Anode and High‐Voltage Cathode for Li‐Ion Batteries

材料科学 阳极 阴极 耐久性 电池(电) 储能 化学工程 纳米技术 复合材料 电极 电气工程 功率(物理) 物理化学 物理 工程类 化学 量子力学
作者
Chuanfang Zhang,Wengao Zhao,Sang‐Hoon Park,Tiezhu Guo,Shungui Deng,Andrés Seral‐Ascaso,Mayan Si,Rabeb Grissa,Sebastian Barwich,Valeria Nicolosi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (14) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adfm.202213860
摘要

Abstract The ever‐increasing popularity of smart electronics demands advanced Li‐ion batteries capable of charging faster and storing more energy, which in turn stimulates the innovation of electrode additives. Developing single‐phase conductive networks featuring excellent mechanical strength/integrity coupled with efficient electron transport and durability at high‐voltage operation should maximize the rate capability and energy density, however, this has proven to be quite challenging. Herein, it is shown that a 2D titanium carbide (known as MXene) metallic membrane can be used as single‐phase interconnected conductive binder for commercial Li‐ion battery anode (i.e., Li 4 Ti 5 O 12 ) and high‐voltage cathodes (i.e., Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 ). Electrodes are fabricated directly by slurry‐casting of MXene aqueous inks composited with active materials without any other additives or solvents. The interconnected metallic MXene membrane ensures fast charge transport and provides good durability, demonstrating excellent rate performance in the Li//Li 4 Ti 5 O 12 cell (90 mAh g −1 at 45 C) and high reversible capacity (154 mAh g −1 at 0.2 C/0.5 C) in Li//Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 cell coupled with high‐voltage operation (4.3 V vs Li/Li + ). The LTO//NMC full cell demonstrates promising cycling stability, maintaining capacity retention of 101.4% after 200 cycles at 4.25 V (vs Li/Li + ) operation. This work provides insights into the rational design of binder‐free electrodes toward acceptable cyclability and high‐power density Li‐ion batteries.
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