制造更好的鋰離子電池需要同時處理大量因素，從保持電池的陰極導電和離子導電到確保電池在多次循環(huán)后保持安全。在一項新的發(fā)現(xiàn)中，美國能源部阿貢國家實驗室的科學家們利用氧化化學氣相沉積技術開發(fā)了一種新的陰極涂層，這種技術可以幫助解決鋰離子電池的這些和其他幾個潛在問題。阿貢杰出的研究員和電池科學家哈利勒·阿明說：我們發(fā)現(xiàn)的這種涂層真是一石二鳥。

在這項研究中，首創(chuàng)從鎳錳鈷(NMC)陰極材料中提取粒子，并用一種叫做PEDOT的含硫聚合物將其包裹起來。當電池充電和放電時，這種聚合物為陰極提供一層保護，使其免受電池電解質(zhì)的傷害。傳統(tǒng)涂層只保護微米大小的陰極粒子表面，使其內(nèi)部容易開裂。與此不同，PEDOT涂層能夠穿透陰極粒子的內(nèi)部，增加了額外的屏蔽層。此外，雖然PEDOT阻止了電池和電解質(zhì)之間的化學反應，但它確實允許鋰離子和電子的必要運輸，這是電池運行所需要的。

科學家們開發(fā)了一種新的電池陰極涂層(藍色)，可以提高電池的電子和離子導電性，同時提高電池的安全性和循環(huán)性能。圖片：ArgonneNationalLaboratory

這項研究的第一作者、阿爾貢化學家徐貴良(GuiliangXu)說：這種涂層基本上對所有使電池工作的過程和化學過程都很友好，對所有可能導致電池退化或故障的反應都不友好。這種涂層還能在很大程度上防止另一種導致電池陰極失活的反應。在這個反應中，陰極材料轉(zhuǎn)變成另一種形式稱為尖晶石。幾乎沒有尖晶石形成與它的其他性質(zhì)結(jié)合，使這種涂層是一個非常令人興奮的材料。PEDOT材料還顯示了防止氧釋放的能力，氧釋放是NMC陰極材料在高壓下降解的一個主要因素。這種PEDOT涂層也被發(fā)現(xiàn)能夠抑制充電過程中的氧氣釋放，這使得結(jié)構更加穩(wěn)定，也提高了安全性。

電池科學家可能會擴大這種涂層的規(guī)模，用于含鎳豐富的nmc電池。這種聚合物已經(jīng)存在了一段時間，但我們?nèi)匀惑@訝地發(fā)現(xiàn)，它具有所有令人鼓舞的作用。有了這種涂層，研究人員相信，含有nmc的電池要么能以更高的電壓運行，從而增加能量輸出，要么壽命更長，或者兩者兼而有之。為了進行這項研究，科學家們依賴于美國能源部位于阿貢的兩個科學用戶設施：先進光子源(APS)和納米材料中心(CNM)。采用原位高能x射線衍射儀在APS的束線11-d-c上進行了測量，并在CNM上進行了聚焦離子束光刻和透射電鏡觀察，其研究成果發(fā)表在《自然能源》。