新型陰極涂層提升了鋰電池的安全和能量密度

美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室于三天前宣布，科學(xué)家們利用氧化化學(xué)氣相沉積技術(shù)研制出一種新型陰極涂層，該技術(shù)可以幫助解決鋰離子電池的幾個(gè)潛在問題。

新型涂層有望商用

與傳統(tǒng)的只保護(hù)陰極粒子表面的涂層相比，新型的PEDOT涂層具有穿透陰極粒子內(nèi)部的能力，為其增加了一層額外的屏蔽層。阿貢杰出的研究員兼電池科學(xué)家Khalil Amine稱，這種新型涂層有望在未來幾年內(nèi)投入商業(yè)使用。

全球信息提供商IHS Markit的數(shù)據(jù)顯示，全球不斷增長的儲能市場促使今年預(yù)計(jì)將部署4．3 GW的并網(wǎng)儲能設(shè)備。而科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的這種新型涂層，或許能夠解決電池儲能行業(yè)的最大擔(dān)憂——密度和安全性，全球儲能市場可能因此更加蓬勃發(fā)展。

新型涂層可以“一箭雙雕”

顯然，電池安全一直是科學(xué)家研究的重點(diǎn)之一，但是正所謂有壓力，才有動力。

近兩年發(fā)生的電池設(shè)施爆炸事故無疑加速了電池行業(yè)在這方面的研究。阿貢實(shí)驗(yàn)室表示，經(jīng)過兩年的研究和優(yōu)化，研制出了一種涂層，可以防止電池和電解質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)允許電池的所有其他反應(yīng)過程在不受干擾的情況下正常工作。在這項(xiàng)研究中，首創(chuàng)從鎳錳鈷（NMC）陰極材料中提取粒子，并用一種叫做PEDOT的含硫聚合物將其包裹起來。當(dāng)電池充電和放電時(shí)，這種聚合物為陰極提供一層保護(hù)，使其免受電池電解質(zhì)的傷害。阿貢實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家徐貴良說：“這種涂層本質(zhì)上對所有使電池工作的過程和化學(xué)過程都很友好，對所有可能導(dǎo)致電池退化或故障的反應(yīng)都不友好?！?/p>

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)這種PEDOT涂層能夠抑制充電過程中的氧氣釋放，從而使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，進(jìn)一步提高了安全性。并且通過提高鋰離子電池的能量密度，新的陰極涂層PEDOT有望降低電池的總體成本，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電氣化。研究人員相信，有了這種涂層，含NMC的鋰電池要么能以更高的電壓運(yùn)行，從而增加能量輸出，要么壽命更長，或者二者兼得。

與此同時(shí)，阿貢實(shí)驗(yàn)室解決了另一個(gè)與鋰離子電池有關(guān)的重要問題：性能比較測試。評估電極或電解質(zhì)材料的創(chuàng)新是否是一種改進(jìn)意味著對測試結(jié)果進(jìn)行比較，但鋰離子電池沒有標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法。

相關(guān)工程師和研究人員常常根據(jù)鋰離子電池技術(shù)的預(yù)期應(yīng)用，設(shè)計(jì)出自己的程序來表征鋰離子電池。這使得任何技術(shù)創(chuàng)新的比較都變得極其復(fù)雜。

為了解決這個(gè)問題，阿貢實(shí)驗(yàn)室與華威大學(xué)、OVO Energy、夏威夷國家能源研究所和捷豹路虎合作，回顧了世界各地用于表征鋰離子電池性能的各種測試方法的文獻(xiàn)，以便為最佳實(shí)踐提供見解。該實(shí)驗(yàn)室希望“我們的研究結(jié)果有一天能帶來更可靠的、可比較的方法，用于針對不同應(yīng)用的鋰離子電池進(jìn)行測試”。