简单环保的涂层可以提高电池性能
锂离子电池目前是电池技术的黄金标准，但随着对安全有效电池的需求增加，研究人员正在竞相寻找下一步的发展方向。
全固态锂电池可以替代当前的锂离子电池技术，但需要提高其容量。
由中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所 (QIBEBT) 的研究人员领导的一项新研究详细介绍了铁电阴极涂层如何提高全固态锂电池的容量。
该研究于 3 月 28 日发表在Advanced Functional Materials上。
铁电材料具有固有的极化电场，在许多电化学类型的研究中广泛用于加速电荷的分离和转移。
“在全固态锂电池领域，人们普遍认为铁电极化会在电极/固态电解质界面产生内建电场，从而抑制空间电荷层并促进锂传输， ”该研究的第一作者李文儒博士说。“然而，人们对这些电池中铁电内置电场的构造机制知之甚少。揭示这种构造机制成为一项关键挑战。”
为了更多地了解铁电材料如何改善电池功能，研究人员在由称为高氯酸胍的有机-无机杂化铁电材料制成的涂层中覆盖了钴酸锂阴极。高氯酸胍涂层被发现具有单畴状态，这意味着内部铁电偶极子指向一个相同的方向。这种行为最终会在阴极/电解质界面产生向下的内建电场。顺便说一句，高氯酸胍可以通过蒸发溶剂(如乙醇)制成，使其成为电池制造的一种廉价且环保的选择。
研究人员发现，正极采用铁电涂层的全固态锂电池的容量与目前的液态锂离子电池几乎相同，远高于采用无涂层阴极。
他们还分析了在有和没有涂层的情况下，活性粒子如何与阴极中的电解质相互作用。当钴酸锂与固态电解质相遇时，会形成一个空间电荷层，它会干扰电子在电池中的移动。空间电荷层限制锂的传输并降低电池的容量。当涂层涂在阴极上时，有效的铁电内置电场使锂更流畅地穿过阴极/电解质界面，尽管存在空间电荷层，但仍提高了电池的容量。
“我们发现晶格失配引起的挠曲电效应是涂层自极化效应的首要因素。我们的研究不仅设计了具有优异电化学性能的全固态锂电池，而且发现了科学理论构建铁电涂层以提高电化学储能性能的指南，”李博士说。
展望未来，研究人员将研究不同的材料组合，以扩展全固态锂电池的可能性。“我们希望在未来的工作中将这一研究思路扩展到阴极和铁电材料的不同组合，并获得最佳电池性能的实验规则，”通讯作者、北京北工所固体能源系统技术中心组长崔光磊教授说。 . “最终目标是在实际应用中有一个提高锂电池性能的通用策略。”
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