更厚的碳纤维增强电池电极可以实现高密度电池
在 2020 年 6 月出版的美国化学学会 Nano Letters 上发表的一个项目中 杂志上，特拉华大学（美国特拉华州纽瓦克）复合材料中心 (CCM) 的研究人员开发了一种用垂直排列的碳纤维增强的超厚电池电极。这种被称为“纤维对齐厚”或“FAT”的新电极设计据称具有增强的特性，并且易于扩展制造。
“在电池中，电极由活性材料（电极材料）和非活性成分（例如金属集电器、聚合物粘合剂和导电基质）组成，”特拉华大学助理教授 Kun Fu 博士解释说和该研究的作者。他说，为了提高电池的比容量，需要增加活性材料的数量，减少非活性材料。
由特拉华大学复合材料中心设计的 FAT 电极包含沿电极方向排列的单向 (UD) 短碳纤维，活性电极材料（LiFePO4，或磷酸铁锂）嵌入纤维之间。碳纤维之间的孔形成穿过电极的低曲折通道，允许液体电解质内的快速离子传输。 “FAT电极使用排列的碳纤维构建了全厚度纤维排列的电极结构，具有电极材料负载量高、弯曲度低、导电和导热性高、压缩性能好等特点，”傅说。
“在这种情况下，更厚的电极可以显着增加活性材料/非活性材料的比例，以实现更高的比容量，”他补充道。 FAT电极的低弯曲度能够实现快速的电解质注入和快速的电子/离子传输，与传统的浆料浇铸厚电极设计相比，具有更高的容量保持率和更低的电荷转移电阻。
研究人员表示，除了增强的性能和更高的容量外，该制造方法易于扩展且生产成本低，包括水性电极墨水和切割轧制的碳纤维膜增强材料。为了制造电极，将预先加载有活性电极材料的碳纤维膜卷成圆柱形，然后垂直于纤维的轴向切割。研究人员使用这种方法制造了直径为 18 毫米、高度为 55 毫米的电极，有可能用于 18650 圆柱形电池。
Fu 说，接下来，研究人员计划将对齐的碳纤维框架应用于阳极设计、固态电池以及 Li-S 和 Li-O2 电池，潜在用途包括用于电动汽车、电子产品或电网储能的电池。 /P>
要访问该研究，请访问 Nano Letters 数字出版。
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