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?Nature子刊：非晶涂層消除鋰固態(tài)電池正極>4.5V循環(huán)中的化學-機械降解

隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，固態(tài)電池作為下一代儲能技術的候選者，吸引了大量研究者的關注。相比傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)電池不僅在安全性上表現優(yōu)異，還能實現更高的能量密度。然而，固態(tài)電池在高電壓循環(huán)時，界面不穩(wěn)定性和正極材料的結構退化問題成為制約其性能的關鍵瓶頸。

在此，密歇根大學Neil P. Dasgupta團隊提出了一種新策略。即通過在單晶LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂正極顆粒上應用ALD技術，引入了一層約5納米的非晶態(tài)Nb₂O₅涂層，以解決鋰固態(tài)電池在高電壓循環(huán)（>4.5V）時正極活性材料的化學-機械降解問題。

具體來說，與未涂層樣本相比，Nb₂O₅涂層的全電池展示了更高的初始庫侖效率（91.6% ± 0.5%對比82.2% ± 0.3%），在2C倍率下的容量提高了10倍，并且在4.7V vs Li/Li⁺的電壓下經過500次循環(huán)后容量保持率達到了99.4%。

圖1. 帶有涂層和未涂層正極的電池的長期循環(huán)性能

總之，該工作提出的無定形Nb₂O₅涂層技術為固態(tài)電池領域帶來了全新的視角，成功解決了高電壓固態(tài)電池在循環(huán)壽命、初始庫侖效率和倍率性能等方面的瓶頸問題。通過精確控制涂層厚度和結構，Nb₂O₅涂層為電池提供了友誼的界面穩(wěn)定性和高效的離子傳輸通道。

因此，該項工作不僅為固態(tài)電池的高電壓操作提供了理論和技術支撐，也為下一代高性能固態(tài)電池的產業(yè)化應用奠定了基礎。

圖2. Nb₂O₅涂層SC-NMC顆粒在高電壓循環(huán)后的ALD涂層的結構變化示意圖和材料表征

Eliminating chemo-mechanical degradation of lithium solid-state battery cathodes during >4.5?V cycling using amorphous Nb2O5 coatings, Nature Communications 2024

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