新型PEDOT阴极涂层有助于延长锂离子电池的使用寿命

摘要:

尽管实验性质的电池设计方案已经取得了长足的进步,但现有的锂离子电池仍有较大的改进空间。阿贡国家实验室的科学家们,刚刚开发出了一种被称作 PEDOT 的新型阴极涂层,特点是能够让锂离子电池更安全、长久地运行。众所周知,锂离子电池的一个短板,就是阴极会在使用过程中产生过量的氧气,并与电解质发生反应。

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(来自:Argonne National Laboratory

这种现象会在阴极表面上形成一层膜,导致两者之间能量传递的减少,进而影响整个电池的性能。

为缓解这个问题,大多数锂离子电池都会在阴极上覆盖特殊的涂层,但往往又会带来另一个问题 —— 减慢了锂离子的进出速度、降低了电池的效率。

此外由于不能覆盖整个表面,当电池在更高的温度或电压下工作时,降解仍可能发生。

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研究配图 - 1:oCVD 工艺与涂层粒子结构差异

好消息是,阿贡国家实验室开发的新型 PEDOT 涂层,能够覆盖锂离子电池中阴极的每一个颗粒,以改善其使用寿命。

研究团队选择了一种被称作 PEDOT 的导电聚合物来替代传统阴极涂层,结果发现,在保护阴极的同时,PEDOT 仍允许锂离子和电子的通过。

而且由于 PEDOT 是使用氧化化学气相沉积技术从气体中施加,因而能够覆盖阴极的每个单独粒子,较常规涂层的表现更加全面。

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研究配图 - 2:PEDOT 涂层形成后的效果

据悉,新涂层能够将现有锂离子电池的工作电压从 4.2V 提升到 4.6V 。在降低电池组件成本的同时,还可有效延长设备续航和电池寿命。

研究作者 Khalil Amine 表示:“这是一项难以置信、但又振奋人心的进步,有望极大地改善对我们所依赖的设备的使用体验”。

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研究配图 - 3:PEDOT 阴极涂层特写

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)和《自然》(Nature)期刊上,原标题为:

《Boosting Superior Lithium Storage Performance of Alloy‐Based Anode Materials via Ultraconformal Sb Coating–Derived Favorable Solid‐Electrolyte Interphase》

《Building ultraconformal protective layers on both secondary and primary particles of layered lithium transition metal oxide cathodes》

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