为了满足电动汽车兴起等趋势,迫切需要在电池的储能能力方面取得重大进展。在锂离子电池(LiBs)的主导领域,大多数研究都集中在开发大容量电极材料,如阳极硅或阴极硫化锂。另一种策略是优化电极结构,以最大化电极的空载能力 (C/A),从而提高能量密度。保持电池容量CSP和负载M/A必须同时最大化，仍具有许多挑战。首先，高性能电极材料往往是颗粒状的(即基于颗粒的)，因此即使使用聚合物粘结剂，在所谓的临界开裂厚度(CCT)之上仍显示机械不稳定性。其次,先进电极材料的导电性差意味着必须加入导电添加剂,以便在电极内分配电荷。碳黑 (CB) 等标准添加剂产生低、不均匀和不稳定的电极电导率3⁄5,限制了电化学性能,尤其是对于非常厚的电极。尽管已报道出多种方法来最大化C/A,但仍没有一种方法是可扩展应用的。
基于此，为了兼顾高负载量、机械稳定性、导电性以及离子传输能力，都柏林圣三一学院Jonathan N. Coleman和 Valeria Nicolosi研究团队近日报道设计了一种隔离网络复合电极结构（SNC），即碳纳米管自身排列成包裹活性材料颗粒的网络。这种复合电极能表现出高达1×104 S/m的电导率和低电荷转移电阻，大倍率性能好并可让材料发挥出接近理论值的比容量，这些优点对于厚电极也是如此（厚度最高可达800 μm）。该项研究成果以“High areal capacity battery electrodes enabled by segregated nanotube networks”为题发表在国际顶级期刊Nature Energy上。
成果展示
图 1 -分层复合电极的制备。
图2 -基于不同活性材料的隔离网络。
图3 -机械加固对可实现厚度的影响。
图 4 -具有高质量载荷的隔离网络电极的电化学特性。
图 5 -通过将 2 μm-Si/7.5 wt%CNT 复合阳极与 NMC811/0.5 wt%CNT 复合阴极配对而成的全锂离子电池的电化学性能。
综上，纳米管以前用于提高电极电导率,但隔离网络(作为逼真的电极材料更合适)尚未实现其制造厚电池电极的全部潜力。除了显著提高电导率外,这些网络还显著提高了机械强度,从而能够生产具有极高容量的极厚电极。结合基于网络的阳极和阴极,可产生具有480 Wh kg-1和1,600 Whl-1的特定和体积能量密度的全细胞。由此，基于 SNC 的电极可能是生产大容量电池电极的最具前景的解决方案。
论文连接 DOI:10.1038/s41560-019-0398-y
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0398-y
精选回顾
南京大学 ：新型聚合物微粒“泥浆”电池
大连理工 高效高稳定性二维钙钛矿太阳能电池
剑桥大学 可清洗、可穿戴的柔性石墨烯电池 可以直接织到衣服里！
水系锂电池研究重大突破 能量密度超 300Wh/kg
湖南大学 石墨负极钾离子电池——运行时间超过17个月
欢迎关注微信公众号 新材料资讯
声明：本文仅代表作者个人观点，仅供读者交流参考。文中如有图片，部分可能来自网络，如若文中内容涉嫌侵权等问题，请及时联系微信号lrwxgzh，我们会及时进行处理。本公众号是为读者提供交流学习服务的平台，欢迎各位科研达人投稿，分享个人科研生活、学术成果分享等有关科研的一切话题。投稿请联系lrwxgzy@126.com，并备注“投稿”。如需转载本文，请及时联系微信号lrwxgzh，转载文须说明来源和作者。为了方便交流学习，欢迎添加主编微信lrwxgzh。