Solvent-free NMC electrodes for Li-ion batteries: unravelling the microstructure and formation of the PTFE nano-fibril network

微观结构 材料科学 电极 溶剂 电化学 复合材料 泥浆 化学工程 纤维 阴极 化学 有机化学 工程类 生物化学 物理化学
作者
Guillaume Matthews,Scot Wheeler,Javier Ramírez-González,Patrick S. Grant
出处
期刊:Frontiers in Energy Research [Frontiers Media]
卷期号:11 被引量:44
标识
DOI:10.3389/fenrg.2023.1336344
摘要

The microstructure and electrochemical performance of solvent-free processed and slurry cast Li(Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 )O 2 (NMC622) based electrodes for Li-ion batteries has been investigated. In contrast to a moss-like PVDF-based carbon binder domain in slurry cast electrodes, the PTFE binder in solvent-free electrodes had a hierarchical morphology composed of primary fibrils of a few µm in diameter and 100’s µm in length that branched into secondary and then ever finer fibrils, down to diameters of 10s nm or below. A mechanism for the formation of the branch-like morphology observed in PTFE-based solvent-free electrodes is also presented. Even the finest fibrils were confirmed to survive typical cathode cycling conditions. The solvent-free electrodes showed progressive improvement in capacity with increasing charge-discharge rate (up to 150% at 2C) compared with slurry cast equivalents. The capacity of solvent-free electrodes faded 40% slower over 200 cycles at C/3. Impedance analysis showed the solvent-free microstructure enabled reduced charge transfer resistance and ionic resistance, arising from minimal obscuration of the active material surface and no pore blockage.
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