探索新保护涂层的潜力：实现持久与经济实惠固态电池的关键

来自 实验室仪器网

在日常生活中，我们使用许多保护屏障：防晒霜可以遮挡阳光，雨伞可以让我们在雨中保持干爽，烤箱手套可以保护我们的手免受热锅的伤害。同样，电池需要保护以防止其内部组件因环境暴露而损坏。

在电池内部，电解质是允许电荷在其组件之间流动的化学介质。固态电池（SSB）使用固体电解质，而不是普通锂离子电池中的液体电解质。通过使用固体电解质，SSB可以提供比锂离子电解质更好的能量密度、安全性和使用寿命，从而彻底改变储能行业。

然而，SSB面临的一个巨大挑战是固体电解质在暴露于湿度和氧气等大气条件下时会分解。对于高性能的硫化物基固体电解质（如氯化锂磷硫（LPSCl））来说，这一挑战尤为严峻。用这些材料制造SSB需要将干燥室保持在-40摄氏度（-40华氏度）以下，这使得生产成本高昂。

为了提高化学稳定性并使制造成本更低，实验室的研究人员开发了一种涂覆硫化物固体电解质的方法。他们使用一种称为原子层沉积（ALD）的工艺来应用保护层。这种涂层不仅通过充当物理屏蔽层，还通过改变表面的电子结构来提高电解质的化学稳定性，从而使材料对水分和氧气更加稳定。

研究表明，即使是非常薄的涂层-只有几纳米厚，或比人类头发薄约100,000倍，也可以充当强大的屏障，保持电解质完好无损并提高其性能，这一突破不仅可以延长电池的使用寿命，还可以通过允许在控制较少的环境中进行生产来降低制造成本。

ALD工艺通常用于制造计算机芯片，在电解质颗粒上沉积一层氧化铝。氧化铝与玻璃相似，具有许多相同的特性。

在固体电解质粉末上涂上了一层超薄的玻璃状层，以防止其与大气发生反应，这种材料可以非常薄，以至于它小于一个原子层，这意味着它比单个原子的直径还要薄。起初，这个结果让我们感到困惑，但计算建模帮助发现了一个解释。

科研人员道，我们最初认为涂层只是一个物理屏障，但我们发现了更多关于电解质电子特性的信息。ALD涂层改变了电解质表面的电子结构，有助于抑制降解并保持锂离子电导率。这种双重作用，既充当物理屏蔽层又充当电子结构改性剂，使涂层特别有效。

保护层不仅可以保持电解液稳定，还可以确保锂离子的高效运动，这对于电池的运行至关重要。

在与环境空气相当的高湿度和氧气测试中，涂层电解质的性能比未涂层的电解质好得多。涂层材料保持稳定，几乎没有降解，而未涂层材料则表现出明显的分解和大气反应性。

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