作为用于电动汽车和消费电子产品等可再生应用的高性能电源，锂离子电池（LIB）要求电极能够提供高能量密度而又不影响电池寿命。根据国外媒体的报道，西北大学和其他机构的研究人员探讨了高能量密度LIB电池正极材料降解的根本原因，并制定了缓解降解机理的策略，以改善LIB电池性能。图1：最初合成的NCA在不同放大倍数下的扫描电子显微镜图像；图2：显示Gr-R-nNCA颗粒表面的透射电子显微镜图像（图片来源：AIPPublishing）这项研究对于许多新兴应用而言可能是有价值的，尤其是在电动汽车和可再生能源的网格级储能应用中（例如风能和太阳能）。研究人员马克·赫尔萨姆（Mark Hersam）说：“大多数LIB电池的降解机理都发生在与电解质接触的电极表面上。我们试图理解在这些表面上发生的化学反应，然后制定策略以最小化降解。研究人员利用表面化学特性来识别和减少NCA（镍，钴，铝）纳米粒子合成过程中残留的氢氧化物和碳酸盐杂质。他们发现，在准备LIB正极表面时，首先需要对其进行适当的退火，然后将正极纳米颗粒加热以去除表面杂质，然后使用原子厚度的石墨烯涂层将其锁定在所需的结构上。在LIB电池中，由具有石墨烯涂层的NCA纳米颗粒制成的正极表现出出色的电化学性能，包括低阻抗，高倍率性能，高体积能量和功率密度以及长寿命的循环寿命。石墨烯涂层还可以充当电极表面和电解质之间的屏障，从而进一步提高电池寿命。研究人员认为，单独使用石墨烯涂层足以改善性能。然而，结果表明，在涂覆石墨烯涂层之前，对阴极材料进行预退火以优化其表面化学性能具有重要意义。目前，这项工作主要集中在富镍LIB正极上。该方法还可以扩展到其他类型的储能电极，例如钠离子或镁离子电池，其中包含高比表面积的纳米结构材料，这将为开发基于纳米粒子的高性能储能设备铺平道路。