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High-areal-capacity thick cathode with vertically-aligned micro-channels for advanced lithium ion batteries

材料科学 电极 阴极 电解质 离子 锂(药物) 电导率 光电子学 纳米技术 电气工程 工程类 物理 内分泌学 物理化学 化学 医学 量子力学
作者
Junru Wang,Mengmeng Wang,Naiqing Ren,Jiemin Dong,Yixuan Li,Chunhua Chen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:39: 287-293 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.030
摘要

Thick electrode design with a high mass loading of active materials is a promising strategy to increase the energy density of lithium-ion batteries (LIBs). However, the development toward thick electrode is severely limited by electrode mechanical instability and sluggish electronic/ionic transport (causing especially rate capability). Herein, ultrahigh-capacity thick LiFePO4 (UCT-LFP)-based freestanding electrodes with vertically-aligned channels are prepared by a phase inversion method. Their porous yet conductive matrix provides the high electronic conductivity and facilitates the permeation of liquid electrolyte, while the unique vertically-aligned micro-channels serve as the fast ion/electron transport pathways. Consequently, the UCT-LFP electrode with a high mass loading of 20 mg cm−2 shows a superior rate capability (110 mA h g−1 at 10 C) and an enhanced cycling performance. Notably, an ultra-thick LFP electrode (1.3 mm thick) with a remarkably high areal capacity (15.1 mA h cm−2) has been successfully achieved. This study provides a novel strategy for constructing thick electrodes toward high energy density LIBs.
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