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ACS Nano:單層/少層正極納米顆粒涂層實(shí)現(xiàn)高性能全固態(tài)電池

本文報(bào)告了一種保護(hù)性的正極涂層,它可以大大減少電池運(yùn)行過程中CAM和SE之間有害的副反應(yīng)的發(fā)生率。

ACS Nano:單層/少層正極納米顆粒涂層實(shí)現(xiàn)高性能全固態(tài)電池
由硫代磷酸鋰超離子固體電解質(zhì)(SE)和高容量正極活性材料(CAM)組成的體型固態(tài)電池(SSBs)最近因其在下一代電化學(xué)儲(chǔ)能中的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。然而,這種電池系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之間的兼容性問題難以克服。
卡爾斯魯厄理工學(xué)院Yuan Ma、Yushu Tang、Torsten Brezesinski等報(bào)告了一種保護(hù)性的正極涂層,它可以大大減少電池運(yùn)行過程中CAM和SE之間有害的副反應(yīng)的發(fā)生率。

ACS Nano:單層/少層正極納米顆粒涂層實(shí)現(xiàn)高性能全固態(tài)電池

圖1. 涂層示意及表征
具體而言,這項(xiàng)工作采用預(yù)制的HfO2納米顆粒作為層狀富鎳氧化物CAM,LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2(NCM85)的二級(jí)顆粒涂層來進(jìn)行演示。與以前的NP涂層不同,作者采用優(yōu)化的濕化學(xué)路線,將分散在溶液中的納米顆粒(NPs)作為涂層材料,采用適當(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)行的表面穩(wěn)定化減輕了顆粒聚集的問題,并允許單個(gè)納米顆粒在CAM表面均勻沉積。
結(jié)果電化學(xué)測試表明,與沒有涂層的材料相比,采用涂層材料的硫代磷酸鹽基固態(tài)電池在比容量、容量保持率和庫侖效率方面都有改善。

ACS Nano:單層/少層正極納米顆粒涂層實(shí)現(xiàn)高性能全固態(tài)電池

圖2. 電化學(xué)性能
研究顯示,在循環(huán)之前、期間和之后對(duì)正極進(jìn)行的補(bǔ)充表征表明,保護(hù)性涂層不僅抑制了界面副反應(yīng),而且還抑制了顆粒破裂和產(chǎn)氣,從而提高了正極結(jié)構(gòu)/形態(tài)和CAM-SE界面的穩(wěn)定性。該涂層材料還與高負(fù)載正極和玻璃狀1.5Li2S-0.5P2S5-LiI固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合后進(jìn)行了測試,結(jié)果其在45℃下能保持穩(wěn)定的長期循環(huán)運(yùn)行。雖然提出的結(jié)果是令人鼓舞的,但作者相信,通過采用這種通用的表面改性策略和定制涂層化學(xué),可以進(jìn)一步提高整體性能。

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圖3. 循環(huán)期間的表征
Single- to Few-Layer Nanoparticle Cathode Coating for Thiophosphate-Based All-Solid-State Batteries. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c07314

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