Design of thick electrodes for high-performance lithium-ion batteries: a comprehensive perspective under coupled kinetics and thermodynamics

进一步提高锂离子电池的能量密度是最先进电池所追求的目标，而使用具有活性材料高负载密度的厚电极是最有效和直接的手段之一。然而，厚电极往往伴随着严重的电化学性能衰减，受制于缓慢动力学、机械性能差和界面恶化等问题，厚电极的市场应用受到了严重阻碍。因此，我们全面回顾了锂离子电池厚电极领域的最新进展，以克服厚电极发展的瓶颈。首先，我们对造成厚电极容量失效的因素进行了系统分析，缓慢动力学引起的反应异质性会加速机械性能和界面的恶化。其次，介绍了为改善厚电极性能所提出的主流改进策略，从颗粒到电极的多尺度结构设计以强化厚电极动力学性能。然而，这些研究主要局限于对动力学的改善，通过分析真实电极反应过程，我们指出了热力学对电极过程的关键作用，优化电极热力学性质同样可以提高厚电极性能。最后，我们提出了动力学和热力学耦合设计下的厚电极发展路径。这项工作为指导电极设计工作提供了更加全面的视角。

2025年1月