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(shù)開發(fā)了一種新的陰極涂層，這種技術(shù)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(gòu)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(shè)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》。