氟烷基硅烷涂层可构建更好的锂离子电池

目前，日本长野新树大学(Shinshu University)的一组研究人员正在研究一种更加轻薄、高容量的锂离子电池，这可能为电动汽车拥有更好的储能系统打开大门。

该研究小组由日本新树大学能源与环境科学中心主任Katsuya Teshima教授领导。他们在8月份的Scientific Reports杂志发表了他们的见解。

“锂离子电池是电动汽车非常有前途的储能系统，并且要求拥有较高的能量密度，”该研究的作者、CEES和新树大学材料化学系教授Nobuyuki Zettsu说。“然而，电池的高工作电压通常导致电极表面氧化分解，从而产生各种副反应。”

虽然锂离子电池储存了大量的能量，但使电池能量分散所需的力太大了，会损坏电池，其容量也随之减少。

为了解决这个问题， Zettsu及其同事进一步研究了电子进入电池时高压（> 4.8 V，相对于Li / Li）阴极的电学和电化学特性。

Zettsu说:“许多研究人员试图通过减少直接接触面积来减少电池的容量衰减。为了研究表面涂层改性的效果，进行了各种基础研究，然而，仍然没有找到一种方法能显著提高‘高压阴极’电池的性能。”

ZETTSU通过使用自组装单分子膜来进行表面修饰。他的团队在阴极表面涂了一层超薄的氟烷基硅烷涂层。氟烷基硅烷是一种有机硅，可以将自身组织成传导锂离子和绝缘电子最有效的排列，同时仅保留一个原子厚。

Zettsu说：“我们发现在活性材料的表面涂覆一层自组装薄膜，可以促进电极内的有效运输，同时抑制电极和电解质界面发生的副反应。”这种涂层在高压锂离子电池的功率密度和循环性方面都有改进。

研究人员发现，阴极和电解液之间的直接接触被最小化了，而且即使在循环了100次之后，电池的容量也没有降低。

“沉积的自组装单层涂层降低了锂离子转移的活化能，并稳定了表面附近的离子，并且促进了电极和电解质界面处的电化学反应，”Zettsu说。“稳定的表面涂层代表了一种变革性的技术，可用于开发‘高电压’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影响，以便更好地发现任何潜在的负面作用。

“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的锂离子电池的设计提供新的方向，”Zettsu说。

为了创造环保的高能电池，Zettsu计划在2022年与汽车及电池制造商合作，将这种表面处理技术推向市场。

由于世界各国的环保法规，电动汽车和混合动力汽车的发展正稳步推进。并且对锂离子电池的性能要求非常高，”Zettsu说。“目前，我们正致力于为插电式混合动力汽车和纯电动汽车制造真正的电池，使用的是涂层工艺和自组装模式的实验。”

这项工作得到了日本科学技术署和日本科学促进会的支持。

其他贡献者包括Kim Dae-Wook, Shuhei Uchida, Hiromasa Shiiba和Katsuya Teshima，他们都隶属于新树大学材料化学系。Teshima是新树大学能源与环境科学中心主任。

原文来自sciencedaily，原文题目：Building a better battery layer by layer，由材料科技在线团队翻译整理。