AFM：稳定层状富镍氧化物正极的先进纳米颗粒涂层

提高正极活性材料(CAM)和固态电解质(SE)之间的界面稳定性是开发高性能固态电池(SSB)的重要一步。困扰该领域的挑战之一是采用经济且可扩展的方法在CAM颗粒上制备高质量的保护涂层。

卡尔斯鲁厄理工学院Yuan Ma、Jürgen Janek、Torsten Brezesinski等提出了一种基于预制纳米粒子的新湿涂层策略。

图1 ZrO₂-NCM85的涂层结构

具体而言，作者提出了一种基于溶液中预制非凝聚纳米颗粒（NPs）的新涂层策略。尽管之前曾致力于研究和改进NPs衍生涂层，但大颗粒尺寸和/或团聚导致的不均匀性问题仍有待解决。

在此，作者首先将涂层材料制备为包含单分散NPs（≤5 nm 尺寸）的稳定分散体，然后应用于CAM，这里选择ZrO2 NPs改性的 LiNi_0.85Co_0.10Mn_0.05O₂ (NCM85)作为模型系统来证明涂层策略的有效性。之所以选择ZrO₂，是因为此前的报道称它是一种坚固的涂层材料，因为它具有良好的化学和电化学稳定性。

图2 SSB电池在45 °C下的循环性能

研究显示，制成的涂层不仅显示出高CAM表面覆盖率，而且还具有均匀的形态和理想的厚度。因此，正如EIS、XPS和ToF-SIMS所证实的那样，由于抑制了副反应，正极复合材料的界面稳定性得到了显著改善。

此外，原位差分电化学质谱测试显示，这种涂层对除气行为也有积极影响。总体而言，基于表面保护的 NCM85和Li6PS5Cl固态电解质的SSB电池在45°C下表现出优异的锂存储性能。

图3 循环50次后的界面退化特性

Advanced Nanoparticle Coatings for Stabilizing Layered Ni-Rich Oxide Cathodes in Solid-State Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111829

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