综述：锂离子电池厚电极的动力学机制与结构设计：挑战与优化策略

本综述深入探讨了提升锂离子电池（LiBs）能量密度的厚电极技术，系统分析了其面临的动力学限制（如电荷转移效率低、机械稳定性差）及优化策略，包括垂直梯度孔结构设计、导电网络构建和先进集流体工程等，为厚电极产业化提供了新思路。

　　

Abstract

厚电极技术通过最大化活性材料负载量，成为提升锂离子电池（LiBs）能量密度的关键策略。然而，其实际应用受限于电荷转移效率低下、机械稳定性差等动力学问题，导致倍率性能、循环寿命和安全性显著降低。

动力学挑战与结构设计

离子传输动力学受限是厚电极的核心瓶颈。传统电极的曲折孔结构会延长Li⁺扩散路径，而垂直排列孔道和梯度孔隙设计可将离子电导率提升300%。通过冷冻干燥结合3D打印技术构建的仿生层级孔隙，能同步优化电解液浸润性和Li⁺迁移数。

电子传导不连续问题需通过多维导电网络解决。碳纳米管（CNTs）与石墨烯的杂化骨架可将电极导电性提高至10³ S/m级别。值得注意的是，MXene材料因其金属级导电性和表面官能团可调性，在厚电极界面修饰中展现出独特优势。

机械稳定性强化策略

电极开裂问题源于充放电过程中高达8%的体积变化。采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）与纤维素纳米纤维复合粘结剂，可使电极剥离强度提升5倍。近期研究的自修复水凝胶粘结剂能在循环过程中动态修复微裂纹，将电极寿命延长至2000次循环以上。

前沿制备工艺

集流体工程是突破性方向。激光诱导石墨烯（LIG）集流体将界面接触电阻降低至0.5 Ω·cm^-2，而超薄铜纳米线集流体（<2 μm）可使电极体积能量密度提升15%。电解质方面，局部高浓度电解质（LHCE）配合陶瓷涂层隔膜，能显著抑制厚电极的枝晶生长。

未来展望

人工智能辅助的电极微结构逆向设计、基于拓扑优化的碳骨架定制，以及固态电解质界面（SEI）的精准调控，将成为厚电极研究的重点突破方向。需要强调的是，工业化生产需在能量密度（目标>400 Wh/kg）与制造成本（<$100/kWh）间取得平衡。