​港理工/阿贡ACS Nano：聚合物涂层实现耐高压/高温的单晶富镍正极！

单晶富镍Li[Ni_xMn_yCo_1-x-y]O₂（SC-NMC）正极代表了一种有希望的方法，以减轻传统多晶正极的裂纹问题。然而，许多已报道的SC-NMC正极仍然存在不令人满意的循环稳定性，特别是在高电截止电压和/或高温下。

香港理工大学陈国华、Qiang Liu、美国阿贡国家实验室Khalil Amine、徐桂良等报告了采用氧化化学气相沉积（oCVD）技术为SC-NMC正极制作的超保型和耐用的聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）（PEDOT）涂层，这大大改善了其高电压（4.6V）和高温耐受性。

图1. 超保形PEDOT涂层SC-NMC83正极材料的表征

研究表明，保形的PEDOT涂层可以有效地清除HF，抑制金属溶解，并抑制恶劣条件下（高截止电压和高温）的相变和晶间裂纹，因此是一种理想的高压正极涂层材料。受到性能改善的启发，作者进一步在单晶LiNi_0.83Mn_0.1Co_0.07O₂（SC-NMC83）正极上进行保形PEDOT涂层，以改善其在恶劣工作条件下的循环稳定性。

令人印象深刻的是，最佳厚度为10纳米的PEDOT涂层大大提升了4.6V超高压下的循环稳定性，在100次和200次循环后，容量保持率分别达到96.7%和89.5%。此外，即使在4.6V和45℃下储存72小时后，涂层正极在45℃的100次循环后仍提供了174.9 mAh g^-1（85.3%）的容量，而未涂层的SC-NMC83仅保留了112.5 mA h g^-1（59.6%）。

图2. 电化学性能

此外，PEDOT涂层还提高了热稳定性，将热分解的起始温度提高了20℃以上，这一点已被原位XRD证实。PEDOT涂层的保护作用通过使用各种先进的表征技术来彻底阐明，结果显示，PEDOT涂层在高截止电压的循环过程中明显抑制了结构变形和晶内裂纹。

此外，PEDOT涂层还抑制了正极和电解液之间的副反应，从而使CEI更薄，界面更稳定。总的来说，坚固的PEDOT涂层使SC-NMC83在苛刻的循环和日历老化条件下实现了极好的稳定性。

图3. 加热过程中带电PEDOT涂层SC-NMC83正极材料的原位相变

Conformal PEDOT Coating Enables Ultra-High-Voltage and High-Temperature Operation for Single-Crystal Ni-Rich Cathodes. ACS Nano ( IF 18.027 ) Pub Date : 2022-09-13 , DOI: 10.1021/acsnano.2c04959