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提高正極活性材料(CAM)和固態(tài)電解質(zhì)(SE)之間的界面穩(wěn)定性是開發(fā)高性能固態(tài)電池(SSB)的重要一步。困擾該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)之一是采用經(jīng)濟(jì)且可擴(kuò)展的方法在CAM顆粒上制備高質(zhì)量的保護(hù)涂層。

卡爾斯魯厄理工學(xué)院Yuan Ma、Jürgen Janek、Torsten Brezesinski等提出了一種基于預(yù)制納米粒子的新濕涂層策略。

圖1 ZrO₂-NCM85的涂層結(jié)構(gòu)

具體而言，作者提出了一種基于溶液中預(yù)制非凝聚納米顆粒（NPs）的新涂層策略。盡管之前曾致力于研究和改進(jìn)NPs衍生涂層，但大顆粒尺寸和/或團(tuán)聚導(dǎo)致的不均勻性問題仍有待解決。

在此，作者首先將涂層材料制備為包含單分散NPs（≤5 nm 尺寸）的穩(wěn)定分散體，然后應(yīng)用于CAM，這里選擇ZrO2 NPs改性的 LiNi_0.85Co_0.10Mn_0.05O₂ (NCM85)作為模型系統(tǒng)來證明涂層策略的有效性。之所以選擇ZrO₂，是因?yàn)榇饲暗膱?bào)道稱它是一種堅(jiān)固的涂層材料，因?yàn)樗哂辛己玫幕瘜W(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。

圖2 SSB電池在45 °C下的循環(huán)性能

研究顯示，制成的涂層不僅顯示出高CAM表面覆蓋率，而且還具有均勻的形態(tài)和理想的厚度。因此，正如EIS、XPS和ToF-SIMS所證實(shí)的那樣，由于抑制了副反應(yīng)，正極復(fù)合材料的界面穩(wěn)定性得到了顯著改善。

此外，原位差分電化學(xué)質(zhì)譜測試顯示，這種涂層對除氣行為也有積極影響?？傮w而言，基于表面保護(hù)的 NCM85和Li6PS5Cl固態(tài)電解質(zhì)的SSB電池在45°C下表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰存儲(chǔ)性能。

圖3 循環(huán)50次后的界面退化特性

Advanced Nanoparticle Coatings for Stabilizing Layered Ni-Rich Oxide Cathodes in Solid-State Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111829

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AFM：穩(wěn)定層狀富鎳氧化物正極的先進(jìn)納米顆粒涂層

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