AEM：通过微铸造工艺获得超厚（280 µm）锂离子电池电极！

增厚电极是增加活性物质含量以获得高能量和低成本的锂离子电池的有效方法之一，但电荷传输的限制和巨大的机械应力产生会导致性能不佳和最终的电池失效。

密苏里科学技术大学Jonghyun Park等报道了一种新的电极制备工艺，称为µ-casting，可使超厚电极能够解决比容量和面积/体积容量之间的权衡问题。

图1 电极制备过程

在这种方法中，引入了3D图案化的刮刀，通过流延成型制备超厚的3D结构化电极，摒弃了传统先进制造技术的复杂且耗时的工艺来创建3D几何形状。在此过程中，首先使用传统的刮刀制作平面底座，然后使用带图案的3D刮刀进行拟议的µ-casting，以从平面底座形成3D图案几何形状。所提出的µ-casting结构电极具有四个重要的电池性能优势：

1）通过形成短扩散路径（SDP）提高了活性材料的利用率，这减少了负极颗粒和正极颗粒之间的距离，并通过增强电子和离子的传输来实现更高的功率性能；

2）超厚电极的启用，可以实现比传统制造的电极高五倍的质量负载，允许高比容量和面积容量而不妥协；

3）3D结构化负极和正极之间足够的结构完整性，以在LIB组件之间形成一个相互连接的设计；

4）与目前制备三维电极结构的技术相比，制造成本低，加工非常简单。

图2 所得电极的SEM图像

在这项工作中，可以成功制备超厚NMC-811(LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂)正极和中碳微珠(MCMB)负极（≈280 µm厚和35.73 mg cm^-2）。尽管电极的质量比通常的扣式电池电极高2.5倍以上，但3D结构的NMC-811电池在比容量和面积容量方面都显示出非常好的性能（159.4 mAh g^-1和3.51 mAh cm^-2），并具有良好的循环寿命。对于高质量的3D电极（传统电极质量的5-6倍），其比容量只减少了11%，面容量提高了32.5%。

这些结果表明，与传统电极相比，µ-casting结构电极的效率更高，并且具有更高的锂离子传输能力，这为制备具有优良电化学性能的超厚电极提供了一种新的可能性。

图3 电化学性能

Enabling Ultrathick Electrodes via a Microcasting Process for High Energy and Power Density Lithium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201353

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