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AFM:穩定層狀富鎳氧化物正極的先進納米顆粒涂層

AFM:穩定層狀富鎳氧化物正極的先進納米顆粒涂層
提高正極活性材料(CAM)和固態電解質(SE)之間的界面穩定性是開發高性能固態電池(SSB)的重要一步。困擾該領域的挑戰之一是采用經濟且可擴展的方法在CAM顆粒上制備高質量的保護涂層。
卡爾斯魯厄理工學院Yuan Ma、Jürgen Janek、Torsten Brezesinski等提出了一種基于預制納米粒子的新濕涂層策略。
AFM:穩定層狀富鎳氧化物正極的先進納米顆粒涂層
圖1 ZrO2-NCM85的涂層結構
具體而言,作者提出了一種基于溶液中預制非凝聚納米顆粒(NPs)的新涂層策略。盡管之前曾致力于研究和改進NPs衍生涂層,但大顆粒尺寸和/或團聚導致的不均勻性問題仍有待解決。
在此,作者首先將涂層材料制備為包含單分散NPs(≤5 nm 尺寸)的穩定分散體,然后應用于CAM,這里選擇ZrO2 NPs改性的 LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2 (NCM85)作為模型系統來證明涂層策略的有效性。之所以選擇ZrO2,是因為此前的報道稱它是一種堅固的涂層材料,因為它具有良好的化學和電化學穩定性。
AFM:穩定層狀富鎳氧化物正極的先進納米顆粒涂層
圖2 SSB電池在45 °C下的循環性能
研究顯示,制成的涂層不僅顯示出高CAM表面覆蓋率,而且還具有均勻的形態和理想的厚度。因此,正如EIS、XPS和ToF-SIMS所證實的那樣,由于抑制了副反應,正極復合材料的界面穩定性得到了顯著改善。
此外,原位差分電化學質譜測試顯示,這種涂層對除氣行為也有積極影響。總體而言,基于表面保護的 NCM85和Li6PS5Cl固態電解質的SSB電池在45°C下表現出優異的鋰存儲性能。
AFM:穩定層狀富鎳氧化物正極的先進納米顆粒涂層
圖3 循環50次后的界面退化特性
Advanced Nanoparticle Coatings for Stabilizing Layered Ni-Rich Oxide Cathodes in Solid-State Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111829

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