制造更好的锂离子电池需要同时解决无数的因素，从保持电池的阴极导电和离子导电，到确保电池在多次循环后仍保持安全。

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家们通过使用氧化化学气相沉积技术开发了一种新的阴极涂层，可以帮助解决锂离子电池的这些和其他几个潜在问题。

“我们发现的涂层真的是一石二鸟，”阿贡杰出研究员和电池科学家Khalil Amine说。

在这项研究中，Amine和他的同事们将Argonne开创性的镍锰钴(NMC)正极材料的颗粒用一种名为PEDOT的含硫聚合物包裹起来。这种聚合物在电池充放电时为阴极提供了一层保护，免受电池电解液的侵害。

传统的涂层只保护微米级阴极颗粒的外表面，使其内部容易开裂，而PEDOT涂层则不同，它能够穿透到阴极颗粒的内部，增加一层额外的屏蔽。

此外，尽管PEDOT阻止了电池和电解液之间的化学相互作用，但它确实允许锂离子和电子的必要运输，这是电池工作所需的。

“这种涂层基本上对所有使电池工作的过程和化学反应都友好，对所有可能导致电池退化或故障的潜在反应都不友好，”该研究的第一作者、阿贡大学化学家徐桂良说。

这种涂层还在很大程度上防止了另一种导致电池阴极失效的反应。在这个反应中，正极材料转化为另一种叫做尖晶石的形式。Amine说:“几乎没有尖晶石的形成，加上它的其他特性，使这种涂层成为一种非常令人兴奋的材料。”

PEDOT材料还表现出了防止氧释放的能力，这是NMC正极材料在高压下降解的主要因素。Amine说:“这种PEDOT涂层还被发现能够抑制充电过程中的氧气释放，从而提高结构稳定性，也提高了安全性。”

Amine表示，电池科学家可能会扩大这种涂层，用于含镍丰富的nmc电池。他说:“这种聚合物已经存在了一段时间，但我们仍然惊讶地发现它具有所有令人鼓舞的效果。”

研究人员认为，涂上涂层后，含有nmc的电池可以在更高的电压下运行，从而增加能量输出，或者具有更长的寿命，或者两者兼而有之。

为了进行这项研究，科学家们依赖于位于阿贡的两个能源部科学用户办公室设施:先进光子源(APS)和纳米材料中心(CNM)。在APS的束线11-ID-C处进行了原位高能x射线衍射测量，并在CNM进行了聚焦离子束光刻和透射电子显微镜。

一篇基于该研究的论文，“在层状锂过渡金属氧化物阴极的二次粒子和一次粒子上建立超保形保护层”，发表在5月13日的在线版上自然能源。其他Argonne作者包括刘宇子、刘翔、高涵、庄明浩、任洋和陈宗海。来自德雷塞尔大学、印第安纳大学-普渡大学印第安纳波利斯分校和四所中国大学的研究人员也进行了合作。

这项研究由美国能源部科学办公室、基础能源科学办公室、能源效率和可再生能源办公室、汽车技术办公室资助。2022世界杯八强水位分析