《Small Structures》:Mechanically Unwinding Carbon Nanotubes Enables Homogeneous Conductive Networks in High-Loading Dry Cathodes for Lithium-Ion Batteries
編輯推薦:
本綜述提出了一種溶劑無關(guān)的干法預(yù)分散策略,通過機(jī)械力(轉(zhuǎn)子研磨+氣流噴射研磨)將成束碳納米管(pCNT)解纏為絲線狀結(jié)構(gòu)(uCNT)。uCNT憑借優(yōu)異的分散性,可在超高負(fù)載NCM811厚電極(170 μm, 10.5 mAh cm-2)中以極低添加量(0.5 wt%)構(gòu)建連續(xù)、均質(zhì)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)有效平衡了厚電極中長期的離子-電子傳輸失衡,顯著提升了電化學(xué)性能,為下一代高能量密度、可持續(xù)制造的鋰離子電池提供了一條可行的產(chǎn)業(yè)化路徑。
隨著電動汽車市場的擴(kuò)大,對高能量密度鋰離子電池(LIB)的需求日益迫切。溶劑無關(guān)的干法電極工藝因其在制造厚電極方面的潛力而備受關(guān)注,但隨著電極厚度增加,均勻分散導(dǎo)電添加劑變得困難,這給高效的電子和鋰離子傳輸帶來了重大挑戰(zhàn)。本研究發(fā)現(xiàn),通過機(jī)械力預(yù)解纏碳納米管(uCNT)作為一種形態(tài)工程化的導(dǎo)電添加劑,具有優(yōu)異的分散性,能夠在高負(fù)載富鎳NCM811正極中實現(xiàn)連續(xù)且均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
1 引言
全球?qū)︿囯x子電池的需求持續(xù)激增,主要由交通電氣化和可再生能源存儲系統(tǒng)的擴(kuò)張所驅(qū)動。為實現(xiàn)更高的能量密度,電池制造商必須同時探索新的活性材料和先進(jìn)的電池制造工藝。制造厚電極(>100 μm)是提高電池整體能量密度的有效途徑之一,但傳統(tǒng)的濕法漿料涂布工藝在工程和電化學(xué)層面都面臨挑戰(zhàn)。濕法工藝通常使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作為溶劑,存在干燥時間長、溶劑回收能耗高、有污染物排放風(fēng)險等問題。此外,干燥過程中溶劑的毛細(xì)遷移會導(dǎo)致粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑在電極表面局部聚集,形成碳-粘結(jié)劑域(CBD)遷移現(xiàn)象。隨著電極厚度增加,這種局部不均勻性更加嚴(yán)重,導(dǎo)致電極內(nèi)粒子間內(nèi)聚力差、阻抗增加、與集流體剝離、倍率性能和循環(huán)性能惡化。干法電極工藝使用聚四氟乙烯(PTFE)作為粘結(jié)劑,在剪切應(yīng)力下具有優(yōu)異的原纖化性能,為應(yīng)對這些限制提供了有前景的方案。盡管干法工藝具有環(huán)境和規(guī)模化制造的優(yōu)勢,但隨著電極厚度增加,緩慢的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)和較差的電化學(xué)性能仍然是問題,這源于鋰離子和電子傳輸路徑延長導(dǎo)致的電阻增加。電極結(jié)構(gòu)需要精細(xì)優(yōu)化以確保致密結(jié)構(gòu)內(nèi)高效的離子和電子通路,其中導(dǎo)電添加劑的選擇和設(shè)計起著至關(guān)重要的作用。
零維(0D)炭黑(如Super C, SPC)因其價格低廉且易于分散到溶劑基漿料中而被廣泛用作導(dǎo)電添加劑。然而,其點對點接觸特性難以構(gòu)建連續(xù)的導(dǎo)電路徑,尤其在厚電極中。在干法工藝系統(tǒng)中,由于沒有溶劑輔助均勻混合,這一挑戰(zhàn)更加嚴(yán)重,導(dǎo)致局部CBD形成,阻礙電子和離子傳輸。一維(1D)碳納米管(CNT)因其高長徑比可實現(xiàn)更長的導(dǎo)電路徑,以及其機(jī)械柔韌性,成為炭黑有希望的替代品。然而,由于強(qiáng)大的范德華相互作用和高長徑比,CNT通常以大的聚集束形式存在。這些束狀結(jié)構(gòu)在無溶劑條件下尤其難以分散,常導(dǎo)致在電極基體中分布不均。先前已有許多策略被探索用于增強(qiáng)CNT在電極制造中的分散性,但大多依賴溶劑輔助工藝,如強(qiáng)酸處理進(jìn)行表面功能化、使用聚合物表面活性劑、或通過噴霧干燥將CNT直接沉積在活性材料表面。雖然這些策略能有效改善CNT分散性,但其高成本和工藝復(fù)雜性對實際商業(yè)化構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。此外,傳統(tǒng)的濕化學(xué)方法本質(zhì)上需要干燥和純化步驟,大幅增加了能耗,降低了整體工藝通量,并產(chǎn)生了需要進(jìn)一步處理的溶劑廢物。這些多步驟程序與干法電極制造旨在提供簡化、節(jié)能、無溶劑生產(chǎn)路徑的目的根本沖突。因此,一種能夠有效解開CNT束、同時完全兼容干法電極制造的無溶劑CNT預(yù)處理策略,對于實現(xiàn)可擴(kuò)展和商業(yè)可行的應(yīng)用至關(guān)重要。
2 結(jié)果與討論
原始的碳納米管(pCNT)由于強(qiáng)烈的范德華相互作用容易聚集成大簇。這些相互作用阻止了CNT束在干法混合過程中僅靠剪切力解纏,導(dǎo)致電極內(nèi)電荷分布不均勻和鋰離子傳輸通道有限。此外,CNT束的存在阻礙了PTFE粒子捏合和壓延所需的切向運(yùn)動,從而破壞了連續(xù)的原纖化和均勻的粘結(jié)劑分散。電極復(fù)合材料內(nèi)的這種結(jié)構(gòu)不均勻性導(dǎo)致干法厚電極的電化學(xué)性能不佳。本研究開發(fā)了一種簡單且實際可擴(kuò)展的干法機(jī)械程序,其中pCNT束通過同時施加剪切力和粉碎力被高效解纏和展開,這是本研究的一個關(guān)鍵特征。在此過程中制備的解纏CNT(uCNT)可直接用于干法電極制造,無需任何額外的干燥或分散步驟,確保了更均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和在整個電極中分散良好的原纖化粘結(jié)劑的形成。
對三種導(dǎo)電添加劑——SPC(作為對照)、pCNT和uCNT——的形態(tài)特征進(jìn)行了研究。SPC呈現(xiàn)直徑數(shù)十納米的球形顆粒形狀。pCNT形成跨越數(shù)十微米的緊密聚集束,表明CNT間強(qiáng)烈的相互作用。uCNT則呈現(xiàn)出顯著松開的、絲線狀結(jié)構(gòu),其中單個 strands 延伸至數(shù)微米長。這些絲線狀結(jié)構(gòu)相比成束的pCNT具有更優(yōu)異的分散性,能夠在電極內(nèi)實現(xiàn)更均勻的分布。pCNT解纏(即uCNT形成)的額外證據(jù)來自表面積增加和粉末體積膨脹。通過Brunauer-Emmett-Teller(BET)分析計算,uCNT的表面積比pCNT高15%,這主要歸因于中孔的發(fā)展。uCNT粉末的體積也比pCNT粉末大250%以上,表明在解纏過程中產(chǎn)生了自由體積。對于干法電極加工,有效的分散和電極成分的均勻混合需要高比表面積和足夠的自由體積。由于其固有的高比表面積(>200 m2g-1),分散良好的uCNT即使在低含量下(<1.5 wt%)也能創(chuàng)建連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),并最大化與活性材料的界面接觸。uCNT的顯著自由體積可進(jìn)一步增強(qiáng)粉末分散性和混合效率,同時改善片材成型和壓延過程中的加工性能,從而確保導(dǎo)電劑更均勻的分布。拉曼光譜證實,uCNT的化學(xué)結(jié)構(gòu)在解纏過程后得以保留。uCNT的ID/IG比(1.11)幾乎與pCNT(1.09)相同,表明機(jī)械解纏沒有顯著誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷,而只是引起了CNT之間的物理分離。X射線光電子能譜(XPS)分析進(jìn)一步證實,uCNT的內(nèi)在石墨結(jié)構(gòu)保存良好。雖然觀察到sp2組分略有下降,但sp2鍵合仍是主要狀態(tài),表明解纏過程并未顯著破壞固有的石墨骨架,而主要誘導(dǎo)了CNT束的物理解纏。
使用10 μm多晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)和PTFE原纖化工藝制備了干法電極。一系列厚電極在固定PTFE粘結(jié)劑含量為1.5 wt%的條件下制備,同時改變活性材料和導(dǎo)電添加劑的含量以優(yōu)化導(dǎo)電添加劑含量。所得電極分別稱為SPC-X、pCNT-X或uCNT-X,其中X表示導(dǎo)電添加劑的總重量百分比。pCNT和uCNT電極的電子電導(dǎo)率隨著CNT含量增加而提高,這通過降低的體積電阻率和表面電阻率得到證實。在導(dǎo)電添加劑固有更高電導(dǎo)率的情況下,即使導(dǎo)電添加劑含量僅為三分之一,基于CNT的電極也表現(xiàn)出比SPC電極顯著改善的電導(dǎo)率。值得注意的是,基于uCNT的正極在電阻率上表現(xiàn)出最低的標(biāo)準(zhǔn)偏差,這表明uCNT優(yōu)異的分散性使得在更低的導(dǎo)電添加劑含量下能夠構(gòu)建連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
通過接觸角測量評估的電解液潤濕性,反映了電極內(nèi)部導(dǎo)電添加劑的分散性和孔結(jié)構(gòu)。盡管SPC電極表現(xiàn)出最低的初始接觸角,但由于其有限的空隙結(jié)構(gòu),電解液滲透受到阻礙。相比之下,基于CNT的電極(pCNT-X和uCNT-X)初始接觸角較高,但隨時間推移快速下降,表明更快的潤濕動力學(xué)有助于高效的離子傳輸。特別是,uCNT-0.5實現(xiàn)了最佳的潤濕性,50秒后接觸角最低,為13.5°,這表明電極內(nèi)存在最有效的離子傳輸路徑。
通過電化學(xué)阻抗譜(EIS)和倍率性能測試,進(jìn)一步研究了這些不同的形態(tài)和潤濕性特征對電化學(xué)行為的影響。EIS分析表明,所有電極的體相電阻(RB)相當(dāng),而界面組分(即RSEI和RCT)存在明顯差異。uCNT電極在相同導(dǎo)電添加劑含量下表現(xiàn)出比SPC和pCNT對應(yīng)物更低的RSEI和RCT值。具體而言,uCNT-0.5表現(xiàn)出比SPC-1.5和pCNT-1.0更低的電阻,但其電阻特性仍與uCNT-1.0電極相當(dāng),這突顯了uCNT即使在降低的含量下也能實現(xiàn)高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。對7.5 mAh cm-2半電池的倍率性能評估也顯示,uCNT-0.5的性能優(yōu)于除uCNT-1.0外的所有其他電極,強(qiáng)調(diào)了uCNT卓越的分散性。綜合考慮電化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)可行性,確定0.5 wt% CNT為最佳組成。因此,后續(xù)評估使用SPC-1.5、pCNT-0.5和uCNT-0.5作為代表電極,面積容量分別為4.5、7.5和10.5 mAh cm-2。
結(jié)合能量色散X射線光譜(EDS)元素 mapping 的截面掃描電子顯微鏡(SEM)成像揭示了7.5 mAh cm-2厚電極內(nèi)導(dǎo)電添加劑的總體分布。為克服EDS在區(qū)分導(dǎo)電添加劑和PTFE粘結(jié)劑碳方面的局限性,采用了互補(bǔ)分析:用于氟 mapping 的電子探針顯微分析結(jié)合波長色散光譜(EPMA-WDS),以及用于碳可視化的拉曼 mapping。WDS氟圖顯示了PTFE粘結(jié)劑在電極基體中的空間分布。SPC電極在整個電極上顯示氟信號,但也顯示出極高強(qiáng)度的局部區(qū)域,表明嚴(yán)重的粘結(jié)劑聚集。pCNT電極呈現(xiàn)出不均勻的氟分布,具有明顯的局部集中區(qū)域,表明粘結(jié)劑分散不均。相比之下,uCNT電極在整個基體中顯示出均勻的氟分布,沒有局部熱點,證實了粘結(jié)劑的均勻整合。拉曼圖進(jìn)一步可視化了電極基體中導(dǎo)電添加劑的空間分布,清楚地區(qū)分了NCM(紅色)和碳(綠色)。SPC電極顯示出聚集的富碳區(qū)域,這是由于0D炭黑通過點對點范德華相互作用聚集成團(tuán)的固有趨勢所致。pCNT電極顯示出由纏結(jié)CNT形成的局部碳束,表明在干法混合過程中解纏有限。相比之下,uCNT電極在整個電極上顯示出連續(xù)且均勻的碳網(wǎng)絡(luò),由于其解纏結(jié)構(gòu)的卓越分散性,以最小的添加劑含量實現(xiàn)了均勻分散。
通過重建高分辨率X射線顯微鏡(XRM)圖像,研究了7.5 mAh cm-2電極的三維孔網(wǎng)絡(luò)。SPC、pCNT和uCNT電極之間存在明顯的結(jié)構(gòu)對比。在重建圖像中,活性材料顆粒呈灰色,孔區(qū)域用從藍(lán)色(0 μm)到紅色(5 μm)的連續(xù)色標(biāo)著色。白色虛線區(qū)域?qū)?yīng)于用于可視化內(nèi)部孔網(wǎng)絡(luò)的子體積。應(yīng)注意,XRM圖像中可視化的“孔”相代表真實空隙和低密度碳區(qū)域的復(fù)合體,而不僅僅是孔。這種固有局限性源于XRM對比度依賴于X射線吸收系數(shù)的差異,而碳和孔空隙都表現(xiàn)出極低的吸收——比致密NCM低20倍以上——導(dǎo)致重建圖像中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和實際孔出現(xiàn)難以區(qū)分的類似暗區(qū)。由0D炭黑顆粒組成的SPC電極,由于點接觸特性,在顆粒間界面形成大量空隙,而炭黑的強(qiáng)烈聚集產(chǎn)生了豐富但不均勻的孔結(jié)構(gòu)。在pCNT電極中,CNT束由于其低X射線吸收而被識別為孔,但由于導(dǎo)電添加劑負(fù)載較低,總體空隙分?jǐn)?shù)小于SPC。相比之下,uCNT電極表現(xiàn)出最小的孔隙率并形成優(yōu)化的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),因為分散良好的解纏CNT與PTFE粘結(jié)劑一起有效地填充了活性材料顆粒之間的空隙。這種均勻分散與拉曼 mapping 結(jié)果一致,導(dǎo)致整個電極的孔結(jié)構(gòu)比SPC和pCNT更致密、更均勻。
對XRM結(jié)果的定量分析揭示了電極微觀結(jié)構(gòu)的顯著差異。孔隙體積分析表明,SPC電極的孔隙率最高,為13.2 vol%,而pCNT和uCNT電極的孔隙率較低,分別為9.92 vol%和7.72 vol%。這一趨勢反映了與SPC相比,使用1D CNT結(jié)構(gòu)和更低的導(dǎo)電添加劑負(fù)載所實現(xiàn)的改善的堆積效率,特別是在分散良好的uCNT電極中。由于離子傳輸行為也受孔徑分布和連通性影響,還檢查了空隙厚度分布以表征每種電極的孔形態(tài)。SPC電極的寬曲線,中心在~2.0 μm,表明在1-3 μm范圍內(nèi)存在大孔群,源于聚集炭黑顆粒形成的大空隙。這些不規(guī)則的孔在電解液滲透過程中充當(dāng)毛細(xì)管瓶頸,阻礙離子傳輸,這與接觸角結(jié)果一致。pCNT電極表現(xiàn)出與SPC類似的空隙厚度分布,中心在1.67 μm,主要歸因于纏結(jié)CNT束之間形成的空隙。uCNT電極表現(xiàn)出明確且均勻分布的孔,中心在1 μm附近,幾乎沒有大孔(>2 μm),表明形成了連續(xù)的、互連的網(wǎng)絡(luò),能夠在整個電極中實現(xiàn)均勻的電解液潤濕和高效的Li+傳輸。
通過表面和界面切割分析系統(tǒng)(SAICAS)在距離電極表面25%、50%和75%電極厚度處測量了深度依賴的內(nèi)聚力強(qiáng)度分布。SPC的點接觸結(jié)構(gòu)在整個電極從上到下表現(xiàn)出均勻但中等的水平力(HF)。CNT基電極的1D結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了更強(qiáng)的機(jī)械性能。由于其纖維形態(tài),pCNT顯示出比SPC電極增強(qiáng)的HF;然而,大束聚集和不均勻分布導(dǎo)致電極深度上的HF不均勻。相比之下,解纏且分散良好的uCNT通過CNT-PTFE相互作用,通過1D線性接觸構(gòu)建了堅固而柔韌的網(wǎng)絡(luò),充當(dāng)機(jī)械增強(qiáng)材料。因此,uCNT表現(xiàn)出最高且最均勻的HF,證實了其作為一種多功能添加劑的作用,不僅能使電子和離子網(wǎng)絡(luò)更有效,還能產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械鍵。
隨著面積容量增加,電極不可避免地變得更厚,離子和電子的傳輸動力學(xué)變得緩慢且空間上不均勻,這限制了活性材料的固有電化學(xué)性能。研究了三種不同導(dǎo)電添加劑(SPC、pCNT和uCNT)的離子和電子傳輸行為如何隨著電極厚度增加而變化。在4.5 mAh cm-2的中等負(fù)載下,所有電極在化成循環(huán)中表現(xiàn)出相似的電壓曲線。uCNT和SPC電極顯示出相當(dāng)?shù)姆烹娙萘浚鴓CNT電極提供了稍低的放電容量,并伴有更高的過電位。倍率性能測試顯示,在中等負(fù)載水平下,性能差異不大,但uCNT在2C下的放電容量仍比SPC和pCNT電極高約5%-8%。性能差距在長期循環(huán)中變得更加明顯。uCNT電極表現(xiàn)出最高的容量保持率,其次是SPC和pCNT基電極,證實了使用uCNT作為導(dǎo)電添加劑構(gòu)建的連續(xù)均勻?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。相比之下,使用分散性差的導(dǎo)電添加劑的pCNT電極具有不均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和活性材料的部分活化。即使導(dǎo)電添加劑用量是uCNT的三倍多,SPC電極也表現(xiàn)出相對uCNT電極較差的性能,這主要歸因于SPC固有的點對點接觸構(gòu)型。這些具有大量顆粒間界面的點對點碎片化導(dǎo)電路徑導(dǎo)致了高接觸電阻和曲折的離子電子傳輸路徑。因此,pCNT和SPC電極,由于具有不連續(xù)或不均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),特別是在高負(fù)載條件下,質(zhì)量和電荷傳輸電阻急劇增加。
基于上述電化學(xué)評估,進(jìn)一步分析了每種電極的Li+擴(kuò)散動力學(xué),以闡明uCNT電極優(yōu)異性能的起源。采用恒電流間歇滴定技術(shù)(GITT)研究鋰離子擴(kuò)散行為。從GITT測量得出的Li+擴(kuò)散系數(shù)(DLi+)在整個充放電過程中始終遵循uCNT > SPC > pCNT的趨勢,表明uCNT電極中具有更快的Li+傳輸動力學(xué)。平均DLi+值進(jìn)一步證實了這一趨勢,突顯了uCNT促進(jìn)了更高效的離子擴(kuò)散,并減輕了富鎳NCM正極中H2-H3相變相關(guān)的電阻。這一趨勢與在不同掃描速率下獲得的循環(huán)伏安法(CV)結(jié)果一致。歸因于可逆Li+嵌入/脫出反應(yīng)的不同陰極和陽極峰表明,uCNT電極由于其降低的內(nèi)阻而具有改善的反應(yīng)動力學(xué),峰之間最小的電位差證明了這一點。這與Randles-Sevcik圖一致,uCNT電極的斜率明顯高于SPC和pCNT電極。這些結(jié)果清楚地表明,uCNT電極的優(yōu)異電化學(xué)性能源于其增強(qiáng)的Li+擴(kuò)散性,從而帶來了增強(qiáng)的電化學(xué)活性表面積和更快的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。
最后,評估了三種導(dǎo)電添加劑對10.5 mAh cm-2超高負(fù)載NCM811正極電化學(xué)性能的影響。在所有倍率下,基于uCNT的電極具有最高的容量。在更高倍率下,SPC和pCNT電極容量有限,主要是由于嚴(yán)重的電壓降和過早達(dá)到放電截止電壓,而uCNT電極保持了相對較高的容量和穩(wěn)定的電壓曲線。微分電壓分析(DVA, dV dQ-1)顯示了倍率依賴的極化行為以及內(nèi)部電阻隨倍率增加的動態(tài)增加。uCNT電極即使在更高倍率下也表現(xiàn)出幾乎相同的dV dQ-1曲線,表明其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和離子傳輸路徑的穩(wěn)健性。相比之下,SPC和pCNT電極表現(xiàn)出扭曲的dV dQ-1曲線,源于不連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和不足的離子傳輸路徑。基于對稱電池中的EIS測量評估了電極的迂曲度(τ)。作為離子傳輸路徑復(fù)雜性的度量,uCNT的τ最低,其次是pCNT和SPC,這與DVA和倍率性能結(jié)果一致。從電極密度和理論密度計算出的總孔隙率,SPC為27.4%,CNT為28.8%。這表明,由uCNT形成的絲線狀、互連的網(wǎng)絡(luò)為鋰離子傳輸提供了具有最小阻礙的便捷路徑,而SPC和pCNT的聚集結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了阻礙離子移動的曲折路徑。uCNT電極在0.2C下循環(huán)50次后也表現(xiàn)出出色的循環(huán)穩(wěn)定性。一致地,uCNT電極保持了穩(wěn)健的導(dǎo)電結(jié)構(gòu),具有穩(wěn)定的dQ dV-1曲線,而SPC和pCNT表現(xiàn)出降解的曲線,這歸因于由電隔離和受阻離子傳輸引起的局部副反應(yīng)導(dǎo)致的不可逆結(jié)構(gòu)和界面惡化。通過電極化成后和循環(huán)50次后的C 1s XPS光譜分析了粘結(jié)劑的化學(xué)降解。通過比較反映PTFE粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的-CF2峰的變化來評估粘結(jié)劑降解的程度。uCNT電極在循環(huán)后-CF2峰變化可忽略,表明其均勻的反應(yīng)途徑有效地抑制了局部降解。SPC和pCNT電極在循環(huán)后-CF2峰的相對強(qiáng)度明顯下降,表明可能由電化學(xué)不穩(wěn)定區(qū)域的局部氧化反應(yīng)引起的粘結(jié)劑分解,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和電化學(xué)惡化。
3 結(jié)論
總而言之,研究表明,通過干法預(yù)分散工藝實現(xiàn)的CNT解纏促進(jìn)了均勻?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)的形成,從而增強(qiáng)了雙重電子/離子傳輸,顯著提高了超高負(fù)載干法電極的性能。系統(tǒng)研究揭示,隨著電極厚度增加,傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑的固有局限性變得明顯,使得形態(tài)工程不僅有益,而且對實際應(yīng)用至關(guān)重要。采用絲線狀解纏CNT制備的超厚電極在3.0C條件下提供了比炭黑基對應(yīng)物高120%的容量,突顯了在高負(fù)載、高倍率運(yùn)行下,導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是電化學(xué)性能的關(guān)鍵決定因素。此外,全電池測試表明,基于uCNT的電極保持了穩(wěn)定的長期性能,在實際運(yùn)行條件下循環(huán)200次后容量保持率超過80%。該方法因其與無溶劑干法加工和粘結(jié)劑原纖化的兼容性,可被證明具有實際用途,能夠以簡化的制造步驟和改善的工藝可持續(xù)性實現(xiàn)高負(fù)載電極的工業(yè)制造。展望未來,隨著工業(yè)對更厚電極和更快充電的需求增長,導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的合理設(shè)計將成為實現(xiàn)卓越性能和工藝可持續(xù)性的重要范式。