鋰離子電池新方向：石墨烯塗層可幫助提高能量密度和電池壽命

財聯社（上海，編輯 黃君芝）訊，據報導，來自美國和韓國的科學家們近期共同研究了高能量密度鋰離子電池（LIBs）正極材料降解的根源，並開發了基於石墨烯的策略來減輕這些降解機理並提高電池的性能。

這項研究是由美國西北大學、克萊姆森大學，以及韓國世宗大學的研究人員共同完成的。該研究主要作者Mark Hersam表示：「LIB中的大多數降解機制都發生在與電解質接觸的電極表面上。我們試圖了解這些表面的化學性質，然後制定使降解最小化的策略。」

具體而言，研究人員採用表面化學表徵作為識別和最小化NCA（鎳，鈷，鋁）納米顆粒合成過程中殘留的氫氧化物和碳酸鹽雜質的策略。他們意識到，LIB正極表面首先需要通過適當的退火來製備，該過程是將正極納米顆粒加熱以去除表面雜質，然後通過原子層厚度的石墨烯塗層將其鎖定為所需的結構。

研究結果表明，石墨烯包覆NCA納米粒子製備的陰極具有優異的電化學性能，包括低阻抗、高速率性能、高容積能量和功率密度以及長循環壽命。石墨烯塗層還作為電極表面和電解質之間的屏障，進一步提高了電池壽命。

儘管研究人員認為石墨烯塗層本身就足以提高性能，但他們的研究結果表明，在應用石墨烯塗層之前，為了優化陰極材料的表面化學性質，對陰極材料進行預退火是非常重要的。

據悉，該研究對於許多新興應用而言可能是很有價值的，尤其是電動汽車和用於可再生能源（如風能和太陽能）的電網級儲能。

此外，雖然這項工作主要集中在富含鎳的LIB陰極上，但是這種方法也可以推廣到其他的儲能電極上，如鈉離子或鎂離子電池，這些電池含有具有高表面積的納米結構材料。因此，這項工作為實現高性能，基於納米粒子的儲能設備建立了一條清晰的道路。

「我們的方法也可以用於提高LIBs和相關儲能技術中陽極的性能。最終，你需要同時優化陽極和陰極，以實現最好的電池性能。」Hersam補充說。