Hierarchical Electrode Architecture Enabling Ultrahigh-Capacity LiFePO4 Cathodes with Low Tortuosity

材料科学 曲折 电极 电解质 多孔性 电化学 阴极 纳米技术 复合材料 光电子学 电气工程 工程类 物理化学 化学
作者
Hua Wang,Jianbo Li,Ziyun Miao,Kai Huang,Yaqi Liao,Xiaoning Xu,Jintao Meng,Zhen Li,Yunhui Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (22): 26824-26833 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.3c04072
摘要

Thickening electrodes are expected to increase the energy density of batteries. Unfortunately, the manufacturing issues, sluggish electrolyte infiltration, and restrictions on electron/ion transport seriously hamper the development of thick electrodes. In this work, an ultrathick LiFePO4 (LFP) electrode with hierarchically vertical microchannels and porous structures (I-LFP) is rationally designed by combining the template method and the mechanical channel-making method. By using ultrasonic transmission mapping technology, it is proven that the open and vertical microchannels and interconnected pores can successfully overcome the electrolyte infiltration difficulty of conventional thick electrodes. Meanwhile, both the electrochemical and simulation characterizations reveal the fast ion transport kinetics and low tortuosity (1.44) in the I-LFP electrode. As a result, the I-LFP electrode delivers marked improvements in rate performance and cycling stability even under a high areal loading of 180 mg cm-2. Moreover, according to the results of operando optical fiber sensors, the stress accumulation in the I-LFP electrode is effectively alleviated, which further confirms the improvement of mechanical stability.
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