基于基元结构组装的下一代锂离子电池厚电极设计OA

电动汽车的普及和便携电子设备使用量增加,锂离子电池亟须同时提升能量密度与功率密度。厚电极设计能有效提高活性物质占比,是实现高能量密度的重要路径。但厚电极中电子和离子传输路径的延长会导致严重的极化现象,使得高功率输出难以维持。近年来,纳米基元结构(纳米颗粒、纳米片、纳米线等)的发展为解决这一问题提供了新的方向。在电池组装过程中,严重的团聚和界面副反应使得基元结构的优势无法发挥,这也导致在厚电极尺度下的性能远低于理论预期。本文梳理了从基元结构到厚电极的多尺度传输行为,揭示了纳米效应在电极尺度下的作用规律。围绕着如何通过合理设计基元结构的组装方式,包括构建连续导电网络、调控多级孔道结构、实现垂直取向排列突破厚电极中的电子和离子传输瓶颈,阐明基元结构与电极宏观性能之间的构效关系。最后,从“结构设计”到“系统智造”的未来研究方向进行展望,强调将基元结构作为可设计单元,通过三维空间内的组装实现电子、离子和机械应力的协同管理,是突破下一代高能量与高功率锂离子电池性能极限的关键路径。