作者：DOE/ArgonneNationalLaboratory

研制一個(gè)更好的鋰離子電池需要同時(shí)解決許多因素，從使電池的陰極保持電氣狀態(tài)和離子導(dǎo)電到確保電池在多次循環(huán)后保持安全。

在一項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn)中，美國能源部（DOE）阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們利用氧化化學(xué)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上述問題和其他幾個(gè)潛在問題。

“我們發(fā)現(xiàn)的涂層真的能一石擊中五六只鳥?！卑栘晫?shí)驗(yàn)室的著名研究員、電池科學(xué)家KhalilAmine說。

在這項(xiàng)研究中，Amine和他的同事們將阿爾貢首創(chuàng)的鎳錳鈷（NMC）陰極材料的微粒用一種含硫聚合物PEDOT包裹起來。這種聚合物在電池充電和放電時(shí)為陰極提供了一層保護(hù)，使其免受電池電解液的損害。

與傳統(tǒng)涂層不同，傳統(tǒng)涂層只保護(hù)微米大小的陰極顆粒的外表面，使內(nèi)部容易開裂，PEDOT涂層能夠穿透陰極顆粒的內(nèi)部，增加一層屏蔽層。

此外，盡管PEDOT阻止了電池和電解液之間的化學(xué)反應(yīng)，但它卻允許電池運(yùn)行所需的鋰離子和電子的必要運(yùn)輸。

這項(xiàng)研究的第一作者阿爾貢化學(xué)家徐桂梁說：“這種涂層對(duì)電池工作的所有過程和化學(xué)過程都很友好，對(duì)所有可能導(dǎo)致電池降解或故障的反應(yīng)不友好?！?/p>

涂層還大大防止了導(dǎo)致電池陰極失效的另一種反應(yīng)。在這種反應(yīng)中，陰極材料轉(zhuǎn)變成另一種形式的尖晶石。幾乎沒有尖晶石的形成，加上它的其他特性，使這種涂層成為一種非常令人興奮的材料，”Amine說。

PEDOT材料還證明了防止氧釋放的能力，這是NMC陰極材料在高壓下降解的主要因素?！斑@種PEDOT涂層還被發(fā)現(xiàn)能夠抑制充電過程中的氧氣釋放，這將使鋰電池具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性?！盇mine說。

Amine表明，科學(xué)家們可能會(huì)將這種涂層擴(kuò)大到富含鎳的NMC電池中。這種聚合物已經(jīng)存在一段時(shí)間了，但我們?nèi)匀惑@訝地發(fā)現(xiàn)它具有所有令人鼓舞的效果。

隨著涂層的應(yīng)用，研究人員相信含有NMC的電池可以在更高的電壓下運(yùn)行，從而增加它們的能量輸出，或者壽命更長(zhǎng)，或者兩者兼而有之。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，科學(xué)家們依靠位于阿爾貢的兩個(gè)能源部科學(xué)用戶辦公室設(shè)施：先進(jìn)光子源（APS）和納米材料中心（CNM）。在APS的束線11-ID-C上進(jìn)行了原位高能X射線衍射測(cè)量，并在CNM上進(jìn)行了聚焦離子束光刻和透射電子顯微鏡檢查。