余桂华Nano Letters：一种可调的多孔电极结构用于提高厚电极中锂离子储存动力学

Nanoyu

2021-07-03

厚电极在高能电池系统中极有应用潜力，但由于扩散长度延长和传输路径曲折，其锂离子传输动力学无疑受到了限制。尽管对于厚电极，人们开发了低弯曲设计，但在较高电流密度下的容量保持仍然有限。

近日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授，布鲁克海文国家实验室Esther S. Takeuchi，哥伦比亚大学Alan C. West报道了以LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂（NCM111）为模型材料，系统地研究了壁厚和沟道宽度可调的低曲度多孔电极。

文章要点

1）通过使用不同混合溶剂的冰模板法，所得到的多孔结构的壁厚随多孔通道尺寸的变化而变化。

2）在中等倍率下，厚膜电极的比容量高于料浆浇注厚膜电极；在2.5 C下，薄壁和较大沟道宽度的电极的容量保持率可以达到70%，而其他电极在如此高的倍率下的比容量保持率较低。

3）研究发现，这种差异可能是由于沟道宽度较小的电极中锂离子浓度梯度较大，阻碍了离子向由活性物质组成的较厚壁面扩散所致。此外，模拟不同结构参数的基于物理的模型进一步验证了实验观察结果。

这项研究为用于高能/功率应用的定向多孔结构的设计提供了指导。

参考文献

Xiao Zhang, et al, Tunable Porous Electrode Architectures for Enhanced Li-Ion Storage Kinetics in Thick Electrodes, Nano Lett., 2021

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02142

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02142