逐层构建更好的电池
来自日本长野信州大学的一组研究人员现在更接近于薄型高容量锂离子电池，这种电池可以为电动汽车打开更好的储能系统。
该研究小组由日本信州大学能源与环境科学中心（以下简称CEES）主任Katsuya Teshima教授领导。他们在8月的“科学报告”中在线发表了他们的见解。
“锂离子电池是非常有前途的电动汽车能量存储系统，需要相对较高的能量密度，”该研究的作者Nensuyuki Zettsu说，他是CEES教授和信州大学材料化学系。 “然而，它们的高工作电压通常会导致电极表面的氧化分解，从而促进各种副反应。”
锂离子电池储存了大量的能量，但是使电池分散能量所需的力量太大了 - 实际上，由此造成的损坏使电池失去了存储容量。
为了解决这个问题，Zettsu及其同事研究了高压（> 4.8 V，相对于Li + / Li）阴极的电学和电化学特性，其中电子进入电池。
“许多研究人员试图通过减少直接接触面积来减轻观察到的容量衰减，”Zettsu说，指出科学家用不同材料覆盖阴极表面以减少侵蚀的研究项目。 “已经进行了各种基础研究来研究表面涂层改性的影响;然而，它们都没有导致高压阴极基电池的性能得到显着提升。”
Zettsu可能通过使用自组装单层来改变表面改性剂的潮流。他的团队在阴极表面涂上了一层超薄的氟代烷基硅烷涂层。氟代烷基硅烷是一种硅氧烷，它组织成最有效的排列方式，以传导锂离子并使电子绝缘，同时仅保留一个原子厚度。
“我们发现......用自组装单层涂覆活性材料表面......促进了电极内的有效输送，同时也抑制了电极和电解质界面发生的副反应，”Zettsu说。 “这种涂层改善了高压锂离子电池的功率密度和循环性能。”
研究人员发现，阴极和进入电池的电解质之间的直接接触被最小化，即使电池循环一百次后电池的容量也不会降低。
“沉积的自组装单层涂层降低了锂离子转移的激活势垒，并稳定了表面附近的离子，这对电极和电解质之间界面处发生的电化学反应产生了积极的影响，”Zettsu说。 “表面稳定涂层代表了一种改变游戏规则的技术，用于开发高压阴极材料，而不受效率与稳定性的电化学困境的限制。”
但是，Zettsu说，需要更详细地检查表面涂层对整个电池系统产生的全部效果，以便更好地理解任何潜在的负面副作用。
“我们的研究结果可为基于具有卓越电化学性能的高压系统设计锂离子电池提供新的方向，”Zettsu说。
Zettsu计划在2022年与汽车和电池制造商合作，将这种表面处理技术推向市场，目的是创造环保的高能电池。
“由于世界环保法规，对电动和混合动力汽车的推动正在稳步发展。锂离子电池所需的性能水平非常高，”Zettsu说。 “目前，我们正致力于使用涂层工艺和自动驾驶模式的实验，为插电式混合动力汽车和电池电动汽车制造真正的电池。”
这项工作得到了日本科学技术厅和日本科学促进会的支持。
其他贡献者包括Dae-Wook Kim，Shuhei Uchida，Hiromasa Shiiba和Katsuya Teshima，他们都隶属于信州大学材料化学系。手岛是信州大学能源与环境科学中心的主任。
