2019-05-15 05:20:02
新涂层可能对锂电池产生重大影响

制造更好的锂离子电池涉及同时解决各种因素,从保持电池的阴极电气和离子导电到确保电池在多次循环后保持安全。

在一项新发现中,美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家们利用氧化化学气相沉积技术开发出一种新的阴极涂层,该技术可以帮助解决这些以及锂离子电池的其他几个潜在问题。行程。

“我们发现的涂层真的可以用一块石头击中五六只鸟。” Khalil Amine,Argonne杰出的伙伴和电池科学家。

在研究中,Amine和他的研究人员研究了Argonne开创性的镍 - 锰 - 钴(NMC)阴极材料颗粒,并用含硫聚合物PEDOT封装。当电池充电和放电时,该聚合物为阴极提供一层保护,使其免受电池电解质的影响。

与传统涂层不同,传统涂层仅保护微米级阴极颗粒的外表面并使内部易于开裂,PEDOT涂层具有渗透到阴极颗粒内部的能力,增加了额外的屏蔽层。

此外,尽管PEDOT防止电池和电解质之间的化学相互作用,但它确实允许电池所需的锂离子和电子的必要传输以起作用。

“这种涂层对所有工艺和化学品都非常友好,这使得电池工作并且对导致电池降解或故障的所有潜在反应都不友好,”该研究的第一作者阿贡的化学家许良良说。

涂层还很大程度上防止了导致电池阴极失活的另一种反应。在该反应中,阴极材料转化为另一种称为尖晶石的形式。 “几乎没有尖晶石形成与其他特性的结合使得这种涂层成为非常令人兴奋的材料,”Amine说。

PEDOT材料还显示出防止氧释放的能力,这是NMC阴极材料在高电压下降解的主要因素。 “这种PEDOT涂层还被发现能够抑制充电过程中的氧释放,从而提高结构稳定性并提高安全性,”Amine说。

Amine指出,电池科学家可能会扩大涂层用于富含镍的NMC电池。 “这种聚合物已经存在了一段时间,但我们仍然惊讶地发现它具有所有令人鼓舞的效果,”他说。

随着涂层的应用,研究人员认为含NMC的电池可以在更高的电压下运行 - 从而增加其能量输出 - 或者具有更长的寿命,或两者兼而有之。

为了进行这项研究,科学家们依靠位于阿贡的两个DOE科学办公室用户设施:高级光子源(APS)和纳米材料中心(CNM)。在APS的束线11-ID-C处进行原位高能X射线衍射测量,并且在CNM处进行聚焦离子束光刻和透射电子显微镜检查。

基于该研究的论文“在层状锂过渡金属氧化物阴极的二级和一级颗粒上构建超保形保护层”出现在5月13日的Nature Energy网络版上。

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