Free-standing ultrathick LiMn2O4@single-wall carbon nanotubes electrode with high areal capacity

电极 材料科学 碳纳米管 电化学 复合材料 涂层 极化(电化学) 碳纤维 电导率 锂(药物) 导电体 化学工程 纳米技术 复合数 化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Yuntao Guo,Xinhai Li,Zhixing Wang,Jiexi Wang,Huajun Guo,Guochun Yan
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:73: 452-459 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.05.028
摘要

Using single-wall carbon nanotubes as conductive carbon and binder, free-standing and high-mass loading LiMn 2 O 4 ultrathick electrodes up to ~190 mg cm –2 were prepared, which possessed remarkable areal capacity of ~20 mAh cm –2 . The ever-increasing demands for advanced lithium-ion batteries with high energy density have greatly stimulated the pursuit of thick electrodes with high active material loading. However, it is not feasible to prepare thick electrodes with traditional coating methods due to mechanical instability. Herein, using single-wall carbon nanotubes (SWCNT) as conductive carbon and binder, free-standing LiMn 2 O 4 thick electrodes (F-LMO) with ultrahigh-mass loading up to ∼190 mg cm −2 were prepared by vacuum filtration combined with freeze-drying. The thick electrodes with ∼30 mg cm −2 mass loading achieved a high specific capacity of 106.7 mAh g −1 with a good capacity retention of 94% over 50 cycles at 0.5 C, which was superior to the traditional coating electrodes (∼20 mg cm −2 ) of 99.3 mAh g −1 with 95% because of the enhanced electronic conductivity originated from SWCNT. In addition, the high active material ratio of 97.5 wt%, near-theoretical reversible capacity, and high mass loading gave ultrathick F-LMO electrodes (600 μm) of ∼190 mg cm −2 with a remarkable areal capacity of 20 mAh cm −2 . Moreover, the concentration polarization that occurred in the thick F-LMO electrodes under high current density was discussed via electrochemical stimulation.
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