一种阻止高压阴极析氧的方法

为了支持每天开发的无数电子设备的运行，研究人员需要开发越来越先进的电池技术。锂离子电池 （LiB） 是使用广泛的可充电电池之一，但仍有很大的改进空间。

LiB 是包含一个或多个锂离子电池以及保护电路板的电池。在这些电池中，锂离子在阴极（即正极）和阳极（即负极）之间移动，而电子在电池的外部电路中以相反的方向移动。

虽然 LiBs 现在在世界范围内广泛使用，但它们仍然有一些显着的局限性。例如，众所周知，LiB 中的高能量密度阴极容易受到不稳定氧损失和快速降解的影响。这会显着限制某些锂基电池的稳定性和安全性，增加氧化物或相关氧自由基与电池中有机电解质 相互作用的风险。

因此，一些电池开发商表示，在 LiB 中使用高能阴极通常是不安全且不可取的。北京大学、清华大学、中国科学院和麻省理工学院 （MIT） 的研究人员发表的一篇论文介绍了一种策略，可以帮助克服与在 LiB 中使用高能阴极相关的挑战。该研究发表在《自然能源》杂志上。

“我们发展了高压引起的氧气释放危机的理论，并了一种超越传统表面掺杂来调节能源材料近表面结构的渗碳过程，”Mingzhi Cai、Yanghao Dong 及其同事在他们的论文中写道。“以 LiCoO 2为例，将其推广到贫钴/游离高能量密度层状阴极，我们展示了有效的表面钝化、抑制的表面降解和改进的电化学性能。”

本质上，Cai、Dong 和他们的同事创造了一种具有高电子电导率但氧离子电导率低的钙钛矿表面层。然后，他们表明该层可以充当氧气“缓冲器”，在动力学上抑制析氧反应 （OER），同时保持 LiB 中高能阴极的正确功能。

研究人员使用的方法基于所谓的 lanthurization 过程。发现该过程成功地稳定了高能量密度 LiB 的高压循环，提高了它们的安全性和稳定性。

“高压循环稳定性已大大提高，与 Li+/Li 相比高达 4.8 V，包括在实际的袋型全电池中，”Cai、Dong 和他们的同事在他们的论文中写道。“卓越的性能植根于工程表面结构和合成方法的可靠性。设计的表面相在高压下阻止氧气析出反应。”

这组研究人员近的研究揭示了通过高氧活性钝化、选择性化学合金化和应变工程进行表面工程和涂层的新加工机会。他们开发的策略终可以为 LiB 和其他更稳定可靠的电池解决方案的开发提供信息，特别是在高压循环期间。