為了滿足電子行業(yè)不斷增長(zhǎng)的需求并支持電動(dòng)汽車的普及，研究人員需要開發(fā)日益先進(jìn)和高性能的電池技術(shù)。提高鋰離子電池（LiB）性能的一種有前途的方法是使用富含鎳（Ni）的層狀氧化物作為陰極材料。

這些富鎳正極具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如增加電池容量、提高其倍率性能并降低總體制造成本。盡管如此，迄今為止的研究也強(qiáng)調(diào)其存在局限性，包括快速充電和長(zhǎng)期循環(huán)過程中的容量退化和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

據(jù)外媒報(bào)道，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）和全球其他機(jī)構(gòu)的研究人員最近推出一種可以提高超高鎳陰極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠性的策略，即需要使用外延熵輔助氧化物涂層來抑制應(yīng)變傳播，因?yàn)樵撨^程通常會(huì)導(dǎo)致電池快速充電和長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)期間陰極結(jié)構(gòu)惡化。研究相關(guān)論文已發(fā)表于期刊《Nature Energy》。

圖片來源：期刊《Nature Energy》

“長(zhǎng)期以來，表面重建和相關(guān)的嚴(yán)重應(yīng)變傳播一直被認(rèn)為是快速充電和長(zhǎng)期循環(huán)過程中陰極失效的主要原因，”Chen Zhao、Chuanwei Wang及其他合作者在論文中寫道。“盡管進(jìn)行了巨大的嘗試，但沒有任何已知的策略可以在不犧牲能量和功率密度的情況下同時(shí)解決電化學(xué)機(jī)械不穩(wěn)定性問題。我們報(bào)告了一種用于超高Ni LiNixCoyMn1?x?yO2（x?≥?0.9）陰極的外延熵輔助涂層策略，通過基于Wadsley-Roth相的氧化物和層狀氧化物陰極之間的定向附著驅(qū)動(dòng)反應(yīng)?！?/p>

從本質(zhì)上講，Zhao、Wang和他們的同事設(shè)計(jì)了一種與富鎳陰極結(jié)構(gòu)一致的特殊氧化物涂層。除了增強(qiáng)正極材料表面的堅(jiān)固性之外，這些涂層還可以增強(qiáng)離子電導(dǎo)率，從而支持電池的快速充電。

該團(tuán)隊(duì)的涂層基于Wadsley-Roth晶體剪切相，這是一類化合物，被發(fā)現(xiàn)可以提高LiB中電極的性能。值得注意的是，這些化合物被發(fā)現(xiàn)可以更好地粘附在富鎳陰極上，從而增強(qiáng)其在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和快速充電過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

“熵輔助表面的高抗裂和抗腐蝕能力以及快速的離子傳輸能力有效提高了超高鎳正極的快速充放電能力、寬溫耐受性和熱穩(wěn)定性。”Zhao、Wang和他們的同事寫道?！笆褂枚喑叨仍煌郊铀倨鱔射線探針對(duì)初級(jí)和次級(jí)粒子水平到電極水平進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明，即使在充電時(shí)，晶格位錯(cuò)、各向異性晶格應(yīng)變和氧釋放也大大減少，并且體/局部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也得到了改善，即使在充電超過層狀陰極的閾值充電狀態(tài)（75%）時(shí)也是如此?！?/p>

研究人員在一系列實(shí)驗(yàn)中評(píng)估新涂層策略，他們涂覆了富鎳層狀陰極，然后測(cè)試了它們?cè)诓煌瑮l件下隨時(shí)間的變化的性能。該發(fā)現(xiàn)非常有前景，證明其新策略可以顯著減少對(duì)陰極的損壞，即使在快速充電期間和多次操作周期后也是如此。

研究人員在論文中總結(jié)道：“我們預(yù)計(jì)這種外延熵輔助涂層策略將為高能和高功率鋰離子電池及其他領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和開發(fā)開辟表面工程機(jī)會(huì)。”