自90年代以來，鋰離子電池以其高能量密度和穩(wěn)定的循環(huán)性能成為眾多便攜式電子設(shè)備的首選移動電源。然而，近年來便攜式電子設(shè)備以及電動汽車的飛速發(fā)展對現(xiàn)有移動電源提出了更高的要求，進(jìn)一步提升鋰離子電池的能量密度和循環(huán)壽命成為鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究方向。
在眾多進(jìn)一步提高鋰離子電池性能的研究中，表面包覆曾一度成為提高鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性的重要手段，并得到廣泛認(rèn)可。然而，傳統(tǒng)的包覆方法仍有一定的局限性，如包覆層易團(tuán)聚、包覆厚度難以精確控制等。
近日，美國南加州大學(xué)房昕等人曾首次將原子層沉積方法應(yīng)用于超薄氧化鋁包覆鎳錳酸鋰5V正極的研究中，使得鋰離子電池的能量密度和循環(huán)性能得以同時提高：原子層沉積的方法將包覆厚度精確控制在納米量級，且可用于已成膜的電極包覆；而鎳錳酸鋰作為最有前景的高電壓正極材料，可以將電池工作電壓提高20%-30%，從而提高電池的能量密度。
該課題組利用X射線吸收譜和電子能量損失譜對超薄氧化鋁包覆層在鎳錳酸鋰循環(huán)中的作用進(jìn)行了深入探索。對比發(fā)現(xiàn)，超薄包覆過的電極在循環(huán)中更容易保持原有的氧化態(tài)，而未經(jīng)包覆的電極表面在高壓循環(huán)過程中易與電解液發(fā)生副反應(yīng)而產(chǎn)生低價錳。副反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致鎳錳酸鋰阻抗增加，庫侖效率降低，循環(huán)性能下降。利用原子層沉積技術(shù)對極片進(jìn)行氧化鋁包覆，克服了傳統(tǒng)的絕緣層包覆易增加電池內(nèi)阻的弊端，包覆厚度精確調(diào)控到2納米以內(nèi)，正常的鋰離子和電子傳輸?shù)靡员３郑姌O表面與電解液的副反應(yīng)得到抑制，循環(huán)性能表現(xiàn)出明顯提高。
該研究是首次發(fā)現(xiàn)超薄氧化鋁包覆提高鋰離子電池5V正極循環(huán)性能的作用機(jī)理，為將來的表面包覆和循環(huán)性能研究提供了新思路，具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。
資料來源：上海硅酸鹽研究所。
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