余桂华等人ACS Nano：1.2 mm超厚电极的规模化制备

具有高面积容量的厚电极是最大化电池能量密度的直接方法，但厚电极的发展同时面临制造挑战和电子/离子传输限制。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华、石溪大学Esther S. Takeuchi等人通过简便、可扩展的模板化相转化方法，构建了具有超高活性材料负载量和高效传输网络的低曲折度LiFePO₄(LFP)电极。

相转化是一种用于可规模化生产具有分级孔结构膜的流行方法。所制备的膜通常由三层组成，即浆液和非溶剂界面处的表层，具有指状大孔的中间层，以及浆液和模具界面处的海绵层。当用作电极时，相对致密的表层会干扰电解液渗透和物质传输，导致倍率容量有限，尤其是在厚电极中。

图1 三层LFP电极的形貌和物理性质

通过在相转化之前应用网格并在之后去除它，可以剥离表层，并打开垂直排列的微通道，从而形成几乎穿过电极的开放、均匀的微通道。微通道分级结构不仅大大促进了浸渍电解液中Li⁺的传输，而且还通过碳化聚合物包裹提供了连续的电子传输网络。此外，由于聚合物在相转化过程中的即时固化，实现了强电极粘附，这支持具有机械坚固性的超厚电极的制备。

受益于结构优势，超厚双层LiFePO₄电极（高达 1.2 mm）在高面积负载（高达 100 mg cm^-2）下显示出倍率性能和循环稳定性的显著改善。

此外，模拟和原位结构表征也揭示了快速传输动力学。结合可扩展的制备，作者提出的策略为以低成本设计实用的高能量/功率密度电极提供了一种有效的替代方案。

图2 双层和三层LFP电极的电化学性能

Ultrahigh-Capacity and Scalable Architected Battery Electrodes via Tortuosity Modulation. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c06491

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余桂华等人ACS Nano：1.2 mm超厚电极的规模化制备

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