自90年代以來，鋰離子電池以其高能量密度和穩定的循環性能成為眾多便攜式電子設備的首選移動電源。然而，近年來便攜式電子設備以及電動汽車的飛速發展對現有移動電源提出了更高的要求，進一步提升鋰離子電池的能量密度和循環壽命成為鋰離子電池應用領域的重要研究方向。
在眾多進一步提高鋰離子電池性能的研究中，表面包覆曾一度成為提高鋰離子電池循環穩定性的重要手段，并得到廣泛認可。然而，傳統的包覆方法仍有一定的局限性，如包覆層易團聚、包覆厚度難以精確控制等。
近日，美國南加州大學房昕等人曾首次將原子層沉積方法應用于超薄氧化鋁包覆鎳錳酸鋰5V正極的研究中，使得鋰離子電池的能量密度和循環性能得以同時提高：原子層沉積的方法將包覆厚度精確控制在納米量級，且可用于已成膜的電極包覆；而鎳錳酸鋰作為最有前景的高電壓正極材料，可以將電池工作電壓提高20%-30%，從而提高電池的能量密度。
該課題組利用X射線吸收譜和電子能量損失譜對超薄氧化鋁包覆層在鎳錳酸鋰循環中的作用進行了深入探索。對比發現，超薄包覆過的電極在循環中更容易保持原有的氧化態，而未經包覆的電極表面在高壓循環過程中易與電解液發生副反應而產生低價錳。副反應的發生導致鎳錳酸鋰阻抗增加，庫侖效率降低，循環性能下降。利用原子層沉積技術對極片進行氧化鋁包覆，克服了傳統的絕緣層包覆易增加電池內阻的弊端，包覆厚度精確調控到2納米以內，正常的鋰離子和電子傳輸得以保持，而電極表面與電解液的副反應得到抑制，循環性能表現出明顯提高。
該研究是首次發現超薄氧化鋁包覆提高鋰離子電池5V正極循環性能的作用機理，為將來的表面包覆和循環性能研究提供了新思路，具有重要的指導和借鑒意義。
資料來源：上海硅酸鹽研究所。
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