研究背景：汽车行业正从内燃机向电池驱动的电动汽车（EVs）转型。EV市场需要能量密度≥350 Wh/kg的电池，且价格低于100美元/kWh。尽管电池全产业链取得进展，包括开发高容量/高电压活性材料、提高活性材料含量、增加电极密度和优化电池包体积效率等，但学术研究多集中在活性材料上，对电池单元级别的设计关注较少，这限制了高能量密度电池的规模化生产。为实现市场目标，学术界需考虑适用于所有活性材料的电池级策略。通过优化活性材料的面积质量负荷来设计高面积容量电极，不仅能够显著提升电池的能量密度，同时可通过减少非活性材料的使用来降低制造成本，这一技术突破将有效推动电动汽车（EVs）在续航里程和经济性方面的提升，从而加速其市场化进程。然而，将实验室中的先进电极结构设计转化为工业规模生产时，面临着是否能够实际应用的挑战。
成果介绍：韩国延世大学Sang-Young Lee教授，美国得克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授和韩国LG能源解决方案研究院Je-Young Kim教授等人在Nature大子刊Nature Energy中发表题为“Upscaling high-areal-capacity battery electrodes”的综述，系统性讲述高面容量电池电极的规模化制备，评估了高面积容量电极对电池能量密度、电极制造过程中的能耗以及电池生产成本效率的影响。通过研究可扩展的卷对卷电极制造技术（如浆料浇铸和干法涂层）与电极组分的材料化学、电极结构设计和电池性能的整合，旨在概述高面积容量电极的发展领域，并为实验室创新与工业放大之间的差距提供一条结构化的路径。
图1. 基于电极的方法实现高能密度电池的实际可行性
图2. R2R高面积容量电池电极的制造和理化挑战
图3. 高面积容量电池电极的电化学挑战
表1. 可扩展的高面积容量电极的材料化学研究
图4. 可扩展的高面积容量电池电极的发展方向
研究总结：本综述强调了通过可伸缩扩展的卷对卷（R2R）制造技术实现高面积容量电极的重要性，重点聚焦浆料浇铸和干法涂层。虽然电池技术的最初发展通常始于实验室规模，使用小规模实验室设备对材料和电极性能进行研究，但这些早期研究往往忽略了大规模生产和特定应用挑战所固有的复杂性。因此，将对工业过程的理解纳入学术研究是提高技术准备水平的关键。
文章信息：Jung-Hui Kim, Nag-Young Kim, Zhengyu Ju, Young-Kuk Hong, Kyu-Dong Kang, Jung-Hyun Pang, Seok-Ju Lee, Seong-Seok Chae, Moon-Soo Park, Je-Young Kim, Guihua Yu, Sang-Young Lee, Upscaling high-areal-capacity battery electrodes, Nature Energy, https://doi.org/10.1038/s41560-025-01720-0
公众号