固态电池中Ni-丰富阴极上的原子层沉积衍生的涂层:表面结构与循环性能之间的相关性
David Kitsche1, Yushu Tang2, Hendrik Hemmelmann3
1Battery and Electrochemistry Laboratory (BELLA) Institute of Nanotechnology Karlsruhe Institute of Technology (KIT) Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 76344 Eggenstein-Leopoldshafen Germany.
Small science
|April 11, 2025
概括
保护性二氧化纳米涂层在富含的分层氧化物阴极上可以提高固态电池的性能. 仔细的热处理至关重要,因为高温会产生对循环稳定性有害的绝缘界面.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 使用富含Ni的分层氧化物和硫酸固体电解质的复合电极对高能量密度固态电池 (SSB) 是有前途的.
- 这些组件之间的界面不兼容性需要保护性涂层来确保稳定的性能.
- 原子层沉积 (ALD) 是一种创建精确纳米涂料的技术.
研究的目的:
- 在使用ALD.85Co0.10Mn0.05O2 (NCM85) 阴极活性材料 (CAM) 上制备符合规格的二氧化 (ZrO2) 纳米涂层.
- 研究热处理后涂层NCM85的结构和化学演变.
- 评估这些纳米涂料和热处理对高负载SSB电池的电化学性能和循环稳定性的影响.
主要方法:
- 原子层沉积 (ALD) 用于ZrO2纳米涂层.
- 在各种温度下进行热处理 (如400°C和500°C).
- 固态电池电池的电化学测试,包括容量,速率能力和循环稳定性测量.
主要成果:
- ZrO2涂层NCM85的轻度回火 (~400°C) 导致高特异性容量 (~200 mAh g-1 在C/10) 和更好的速率能力 (~125 mAh g-1 在1C).
- 涂层阴极表现出增强的循环稳定性,在0.5C的200个循环后保持约78%的容量,归因于有效的表面被动化.
- 500°C以上的火导致了绝缘间相的形成,对循环性能产生了负面影响.
结论:
- 通过ALD制备的符合ZrO2纳米涂层有效地使NCM85阴极表面被动化,提高SSB性能.
- 优化热处理条件对于最大限度地利用ALD涂层的好处和避免有害的相间形成至关重要.
- ALD是一种强大的表面工程技术,用于为先进的固态电池的复合材料阴极量身定制界面兼容性.
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