这个想法是阿贡与香港科技大学合作开发的,酝酿了三年。它由能源部可再生能源和能源效率办公室、车辆技术办公室资助。
"这是一个令人难以置信的进步,"阿贡杰出研究员、阿贡化学科学与工程部门电化学储能部门技术开发组负责人Khalil Amine说。"这可以显著改善对我们所依赖的设备的体验。"
锂电池用于为从电动汽车到手机和电脑等各种设备供电,使用阴极涂层技术已经超过15年。但它并非没有局限性。它只是一种局部涂层,只覆盖了阴极颗粒外侧的一小部分,在高电压或高温下工作时并不能保护阴极
研究人员正在研究的阴极是由镍、锰和钴制成的金属氧化物。阴极在高压下充电会产生氧气,使电解液氧化,在阴极上形成一层不需要的薄膜,造成能量损失。高温会增加这些反应的速度,影响电池本身的电化学性能。
新涂层由一种名为聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)的导电聚合物制成,标志着锂离子电池技术的突破,因为它能完全和彻底地保护阴极内外的每一个颗粒,使其不与电解液发生反应。
PEDOT采用Argonne的氧化化学气相沉积技术,利用气体确保涂层涂抹在阴极的每一个颗粒上,形成一层坚固的皮肤。传统的涂层会减缓锂在阴极颗粒内外的扩散,由于电子和离子导电性差,降低了电池效率。相比之下,阿贡的新涂层有利于锂离子和电子进出阴极的传输,提升电池能量。
阿贡的纳米级材料中心(CNM)是能源部科学办公室的用户设施,在实验中发挥了重要作用。研究人员使用CNM的NVision 40聚焦离子束扫描电子显微镜双束系统和FEI Talos F200X(S)TEM配备的SuperX能量色散X射线光谱仪,确认了PEDOT在层状阴极的一次和二次粒子上的涂层及其在电池循环后的稳定性。
目前,锂离子电池在电芯层面的工作电压为4.2V。新的涂层可以帮助将电压提高到4.6 V,这种15%的差异可以使整个电池组的成本大幅降低。"这将增加电动汽车的行驶里程,并提高手机和笔记本电脑的电池寿命,最终改变我们的生活方式,"Amine说。
2019年12月,《Advanced Energy Materials》杂志上发表了一篇关于该主题的论文,论文标题为《Boosting Superior Lithium Storage Performance of Alloybased Anode Materials via Ultraconformal Sb Coating–Derived Favorable SolidElectrolyte Interphase》,2019年5月,《Nature》杂志上也发表了另一篇论文,论文标题为《Building ultraconformal protective layers on both secondary and primary particles of layered lithium transition metal oxide cathodes》。







