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ACS Nano：?jiǎn)螌?少層正極納米顆粒涂層實(shí)現(xiàn)高性能全固態(tài)電池

由硫代磷酸鋰超離子固體電解質(zhì)（SE）和高容量正極活性材料（CAM）組成的體型固態(tài)電池（SSBs）最近因其在下一代電化學(xué)儲(chǔ)能中的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。然而，這種電池系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之間的兼容性問(wèn)題難以克服。

卡爾斯魯厄理工學(xué)院Yuan Ma、Yushu Tang、Torsten Brezesinski等報(bào)告了一種保護(hù)性的正極涂層，它可以大大減少電池運(yùn)行過(guò)程中CAM和SE之間有害的副反應(yīng)的發(fā)生率。

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圖1. 涂層示意及表征

具體而言，這項(xiàng)工作采用預(yù)制的HfO₂納米顆粒作為層狀富鎳氧化物CAM，LiNi_0.85Co_0.1Mn_0.05O₂（NCM85）的二級(jí)顆粒涂層來(lái)進(jìn)行演示。與以前的NP涂層不同，作者采用優(yōu)化的濕化學(xué)路線，將分散在溶液中的納米顆粒（NPs）作為涂層材料，采用適當(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)行的表面穩(wěn)定化減輕了顆粒聚集的問(wèn)題，并允許單個(gè)納米顆粒在CAM表面均勻沉積。

結(jié)果電化學(xué)測(cè)試表明，與沒(méi)有涂層的材料相比，采用涂層材料的硫代磷酸鹽基固態(tài)電池在比容量、容量保持率和庫(kù)侖效率方面都有改善。

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圖2. 電化學(xué)性能

研究顯示，在循環(huán)之前、期間和之后對(duì)正極進(jìn)行的補(bǔ)充表征表明，保護(hù)性涂層不僅抑制了界面副反應(yīng)，而且還抑制了顆粒破裂和產(chǎn)氣，從而提高了正極結(jié)構(gòu)/形態(tài)和CAM-SE界面的穩(wěn)定性。該涂層材料還與高負(fù)載正極和玻璃狀1.5Li₂S-0.5P₂S₅-LiI固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合后進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果其在45℃下能保持穩(wěn)定的長(zhǎng)期循環(huán)運(yùn)行。雖然提出的結(jié)果是令人鼓舞的，但作者相信，通過(guò)采用這種通用的表面改性策略和定制涂層化學(xué)，可以進(jìn)一步提高整體性能。

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圖3. 循環(huán)期間的表征

Single- to Few-Layer Nanoparticle Cathode Coating for Thiophosphate-Based All-Solid-State Batteries. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c07314

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