通过固态电池中的无形阴极涂层运输氧气.
Jianli Cheng1, Xinxing Peng2,3, Ya-Qian Zhang2,3
1Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, United States.
概括
即使在固态电池中,像富含的层状氧化物一样的高压阴极也会经历表面结构变化. 氧气损失仍然是一个挑战,影响储能稳定性和循环寿命.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 所有固态电池 (SSB) 都比液体电解质电池提供了更高的安全性和能量密度.
- 高压阴极,如富含的分层氧化物 (例如NMC532),对于高能量密度至关重要,但容易降解.
- 降解机制,如氧气损失和在阴极表面极限周期的结构变化和热稳定性.
研究的目的:
- 在SSB环境中研究LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (NMC532) 阴极的表面结构演变.
- 为了确定表面涂层是否可以防止SSB内部高压NMC阴极的结构降解和氧气损失.
- 确定限制先进固态电池系统长期稳定的关键因素.
主要方法:
- 利用高分辨率电子显微镜技术 (例如TEM,STEM) 来进行结构性表征.
- 使用电子能量损失光谱 (EELS) 来分析表面化学和电子结构.
- 进行了ab initio分子动力学模拟,以研究通过涂层材料传输氧离子.
主要成果:
- 证明了NMC532阴极表面在SSB循环后从分层转变为类似岩盐的结构,即使有完整的Li3B11O18 (LBO) 涂层.
- 通过LBO涂层和其他典型的无形涂层材料确认了易于运输的氧离子 (O2-).
- 确定氧气损失是一个持续的挑战,影响SSB中的阴极稳定性.
结论:
- 阴极表面的氧气损失和随后的结构转变仍然是实现高能SSB长周期寿命的重大障碍.
- 无形涂料在防止降解方面的有效性受到氧气透性的限制.
- 涂料的氧气透性应该是未来SSB开发的关键设计考虑因素.


