近日，香港中文大学卢怡君教授团队的工作报告了一种简便且可扩展的渗透方法，制备出了水系锂离子电池的3D柔性“LiTi2(PO4)3(LTP)/LiMn2O(LMO)-石墨毡”电极。该电极具有超高的活性物质负载量(-mgcm2),高面容量(23mAhcm2)，高倍率性能和优异的循环稳定性。同时，所制备的软包电池展现了优良的机械性能和较高的安全性。

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研究背景

总所周知：低的面积比容量，低稳定性和安全问题阻碍了柔性电池的实际应用。卢怡君教授团队的工作报告了一种简便且可扩展的渗透方法，制造的独立的三维（3D）柔性电极。得益于独特的3D电极结构以及快速的电子和离子传输，柔性的LTP–LMO小电池可提供超高的面容量，高速率容量和稳定的循环稳定性。

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研究思路

1.通过简便的渗透工艺制造了用于水性LIB的3D独立式柔性LiTi2（PO4）3（LTP）/LiMn2O4（LMO）-石墨毡（GF）电极。

2.利用“浆料浸渍–粘结剂交联”的方法，简单高效地制备了高负载柔性电极。

3.在保持电极机械性能的同时获得了超高的面容量。

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图文导读

1.3D柔性电极的构建

通过包含LTP/LMO颗粒，Super-P导电添加剂和明胶粘合剂的水性悬浮液渗入柔性石墨毡中，然后使粘合剂交联并干燥来制造3D电极。在这种电极配置中，石墨毡提供了机械强度和电子传导性，而LTP/LMO则贡献了离子传导性和容量。微米级石墨纤维与纳米级LTP/LMO-Super-P颗粒整合在一起，形成“钢筋混凝土”构型，结合了石墨毡的高柔韧性以及活性材料优异的电化学性能。

2.性能解读

利用3D电极组装的LTP-LMO软包电池的电极负载量可达到-mgcm-2。当LTP负载量在mgcm-2时，电极的面容量分别达到了3.2、10.4和23.2mAhcm-2.3D电极在获得高面容量的同时还保持了优异的循环稳定性。电极在mgcm-2的超高负载情况下循环次后，容量保持率高达93%；在25mgcm-2的负载情况下循环0次后，容量保持率为72%，每周衰减率为0.%。与其他文献报道相比，该文献报道的工作所制备的3D电极在面容量、活性物质负载量和倍率性能方面均具有较大优势。

3.机械性能

为了满足实际应用中的能量和功率要求，作者通过串联连接多个电池来测试高压（3V和9V）电池性能。在1C的倍率下，进行了50次循环后，电池可以在1.8至10.8V之间循环，具有94％的容量保持率和99.5％的高库伦效率，说明了单电池的高度均匀性。并且经过多次的弯曲实验，容量保持率仍然高达95%以上，说明电池具有较好的机械性能和电化学稳定性。

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总结

该工作设计并利用简捷高效的工艺制备了用于水系锂离子电池的3D电极。得益于其独特的三维构筑和良好的电子、离子输运特性，该3D电极不仅兼具了较好的机械性能，还展现出了优异的电化学性能。这为获得超高面容量、高倍率和电化学性能稳定的电极提供了一条廉价高效的途径。该电极的设计和制备方法不仅可用于水系锂离子电池，亦可广泛拓展到其它电池体系，比如非水锂离子电池、锂硫电池、锌离子电池等。

相关文献：

DOI:10./j.mtener..