Fabrication of low-tortuosity thick electrodes with low material loss by temporally shaped ultraviolet femtosecond laser

材料科学 飞秒 制作 紫外线 光电子学 电极 功率密度 激光器 电池(电) 曲折 能量密度 离子 功率(物理) 纳米技术 工作(物理)
作者
Junrui Wu,Huixin Guo,R. Wang,Lan Jiang,Xin Li,Jiang Zhang,Richen Jia,Mengyao Tian,Yanfei Liu,Xiaofeng Wang,Ran Zhao,Xiangbiao Liao,Q. Cheng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 973-973 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-025-67702-8
摘要

Conventional battery electrodes exhibit high tortuosity, which severely impedes ion transport. This limitation restricts electrode thickness, decreases power density, and shortens battery lifetime. Fabricating through-holes can reduce tortuosity, but existing methods are generally complex with poor space utilization. Here, an array of high-density through-holes are fabricated by temporally shaped ultraviolet femtosecond laser. Using this technique, we achieve a 47:1 aspect ratio (6 μm in diameter), ensuring low material loss (<1%) for 280 μm-thick LiFePO4 (LFP) electrodes. The through-hole array reduces tortuosity of LFP thick electrodes by 19.1% (30 mg cm-2), 19.0% (40 mg cm-2), and 20.2% (60 mg cm-2), improving the specific energy density of batteries by 9.39%, 12.27%, 17.39% at 1 C, 1.5 C, and 2 C, respectively. It also boosts LFP power density by 100%–200% and doubles the cycling lifetime. This work demonstrates an effective approach for fabricating low-tortuosity thick electrodes, enhancing comprehensive performance of batteries. Conventional battery electrodes exhibit high tortuosity, impeding ion transport. Here, authors report the use of a temporally shaped ultraviolet femtosecond laser to create an array of high-density through-holes, reducing tortuosity in thick electrodes with low material loss (> 1%) in up to 280 μm-thick LiFePO4 electrodes, improving gravimetric energy density and power capabilities.
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