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復(fù)旦/上交/物理所EnSM：超薄固態(tài)電解質(zhì)膜改性電極延長(zhǎng)電池1.3倍壽命

層狀富鎳氧化物是一種很有前景的高能量密度鋰離子電池（LIBs）正極材料，但其由電極-電解質(zhì)界面降解引起的電化學(xué)差穩(wěn)定性仍需要解決。表面涂層是解決這個(gè)問(wèn)題的有力技術(shù)之一，然而，它已廣泛用于顆粒而不是電極，以提供更大的保護(hù)區(qū)域。

復(fù)旦大學(xué)傅正文、中科院物理所李泓、上海交通大學(xué)祖麗皮亞·沙地克等在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM)表面的電極水平上覆蓋納米級(jí)鋰磷氧氮化物(LiPON)層，使改性電池獲得了更低的阻抗、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更好的安全性。

圖1 材料形貌表征

在此作者對(duì)NCM正極納米級(jí)LiPON薄膜涂層的功能進(jìn)行了詳細(xì)探索，它可以作為一種鋰導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)鋰離子的有序擴(kuò)散、阻擋層抑制液態(tài)電解質(zhì)的分解以及捕獲質(zhì)子的犧牲層。

當(dāng)存在涂層時(shí)，檢測(cè)到電極表面的P K-邊緣XAS光譜在成分和分布上明顯不同，這意味著優(yōu)化的表面CEI。得益于整體活性顆粒的穩(wěn)定表面結(jié)構(gòu)，過(guò)渡金屬的溶解已被完全抑制。

圖2 改性電極電化學(xué)性能

結(jié)果，這種基于NCM-LiPON的1.3 Ah軟包電池可提供364.4 Wh kg^-1的能量密度（基于正極和負(fù)極材料），并且在0.5 C下在745次循環(huán)后保持80.0%，長(zhǎng)期耐用性比裸電池長(zhǎng)1.3倍，同時(shí)極化降低，熱性能增強(qiáng)。

因此，該研究結(jié)果提供了關(guān)于電極微調(diào)如何影響電池性能的見(jiàn)解，并為通過(guò)表面工程更通用的高級(jí)電極設(shè)計(jì)鋪平了道路。

圖3 NCM正極功能性LiPON涂層作用示意圖

An ultrathin solid-state electrolyte film coated on LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 electrode surface for enhanced performance of lithium-ion batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.017

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