双壳涂层技术：锂电池稳定性的突破性进展

来自 实验室仪器网

河北大学和龙岩学院的研究团队在《能源材料与器件》上发表了一种很有前景的LiF@尖晶石双壳涂层，用于富锂正极。

随着电动汽车和可再生能源储能的生产，全球对高能锂离子电池的需求也在不断增长。其中最有前景的候选材料是富锂层状氧化物，它兼具高理论容量和成本效益。然而，它们的商业可行性受到一些关键问题的限制，例如高电压下的氧气释放、结构不稳定以及电解质分解引起的界面腐蚀。

这些过程会降低电极表面的性能，同时还会导致过渡金属损失和电压下降。许多表面涂层技术已经过测试，然而，它们经常因阻碍离子传输或在循环过程中剥落而失效。因此，迫切需要开发更有效的富锂正极表面保护技术。

新发布的设计结合了两层保护层的优势：一层是用于快速锂离子扩散的尖晶石缓冲层，另一层是通过化学键合形成的LiF层，用于抵御腐蚀侵蚀。最终形成了一种高度稳定的阴极结构，能够抵抗界面劣化，为实现人们期待已久的高容量富锂电池潜力提供了一种切实可行的方法。

该团队研究的关键策略是在LRMO正极周围构建一个由两部分组成的屏蔽层。尖晶石中间层采用原位重建技术直接在正极表面生成。该尖晶石通过为锂离子传输提供三维框架，可快速实现大容量。外部的LiF覆盖层牢固地粘附在尖晶石上，并通过Ni-F键提供的化学锚定作用，保护电极免受危险电解液的侵害。

透射电子显微镜和X射线光电子能谱等先进技术证明，双壳层结构已无缝集成。性能提升显著：在2 C高电流下，屏蔽正极经过150次循环后容量保持率为81.5%，而未改性正极仅为63.2%。即使在5 °C快速循环后，双壳层设计仍能保持80%以上的容量。

电化学阻抗测试表明电阻进一步降低、离子扩散速率更快，而循环后表面调查表明腐蚀副产物更少、结构完整性增强。

综合起来，这些研究结果表明了 LiF@spinel 技术如何解决化学降解和离子传输限制问题，为高能锂离子电池形成一个均衡的解决方案。

过将尖晶石的快速离子传输与 LiF 的保护屏障相结合，我们创建了一种协同防御机制，可防止表面塌陷并延长循环寿命。这项创新不仅提升了富锂材料的实际性能，还为其他下一代电极系统的设计提供了宝贵的见解。

这是朝着真正实现高容量电池的广泛应用迈出的令人鼓舞的一步。

这项创新可能会在实验室之外产生深远的影响。提高富锂阴极的耐久性可以加速长续航电动汽车的普及，延长便携式设备的使用寿命，并提升可再生能源存储系统的效率。

双壳设计提供了可应用于其他不稳定电极材料的蓝图，这可能使能源存储和可持续能源方面取得重大突破。

» 仪器设备 购买 咨询