導電LiAlF4沉積層，穩定電池循環

科技的發展對電池的能量密度提出了較高的要求。鋰離子電池在較寬電化學窗口下工作是一個提高能量密度的有效方法。減小截止電壓的限制，雖然電池可以提供更高的能量密度、比容量和電壓輸出，但是這會對電池的熱力學和動力學穩定性帶來挑戰。對於層狀鋰過渡金屬氧化物尤其如此，當施加更寬的電化學窗口時，電池容量得到改善，但是穩定性受到影響。近日，崔屹研究團隊通過原子層沉積法研發一種LiAlF4固體薄膜，這種薄膜具有離子傳導性和熱力學、動力學穩定性，以及極好的電化學穩定性，克服了上述問題。

圖1. （a-c）具有不同ALD循環數的LiF，AlF3和LiAlF4膜的厚度表徵。（d-f）在硅晶片上原子沉積 LiF，AlF3和LiAlF4膜的俯視SEM圖像。嵌入圖像是硅晶片上LiF，AlF3和LiAlF4膜的側視圖。

作者將LiAlF4薄膜直接沉積在極片上，而不是在每個顆粒表面。滿足了在寬電化學窗口下工作的要求。作者研究了在2.75-4.50V下，高Ni含量LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC-811）上沉積的塗層效果。在室溫下，每循環0.08％）。對於原始的NMC-811，113次循環後容量下降到低於140mAh/g（在113個循環中衰減29%，每個循環為0.26％）。由於高溫下的循環穩定性差是高Ni含量層狀鋰金屬氧化物最為顯著的缺點。因此，作者對樣品進行了高溫環境（50℃）的電化學測試。由於在50℃下塗層和NMC-811本身的鋰離子傳導性都會提高，所以以20c的倍率測試。原始NMC-811電極的容量在100個循環內快速衰減低於100 mAh/g。相比之下，具有ALD LiAlF4塗層的NMC-811電極在100個循環內顯示出優異的容量保持率。4.80.10.12具有LiAlF4塗層的NMC-811電極在300次循環後維持高於140mAh/g的容量（超過300次循環衰減24%，每循環0.08％）。對於原始的NMC-811，113次循環後容量下降到低於140mAh/g（在113個循環中衰減29%，每個循環為0.26％）。原始NMC-811電極的容量在100個循環內快速衰減低於100 mAh/g。相比之下，具有ALD LiAlF4塗層的NMC-811電極在100個循環內顯示出優異的容量保持率。

圖2. （a）室溫下原始和 LiAlF4膜沉積的NMC-811電極的循環性能，電化學窗口為2.75-4.50V。（b，c）第1、10、25和50周期後，原始和LiAlF4膜沉積的NMC-811電極的EIS表徵。（d）第二和第50個循環的原始和LiAlF4膜沉積的NMC-811電極的電壓與容量圖。（e）在50℃下，使用2.75-4.50V的電化學窗口，原始和LiAlF4膜沉積的NMC-811電極的循環性能。

作者使用原子層沉積法在鋰離子電池正極上了一層LiAlF4界面層，通過計算表明，基於氟化物的界面層在寬電化學窗口內是熱力學穩定的。穩定的鋰離子傳導界面層提高了高Ni含量NMC-811電極的穩定性，而且沒有降低離子傳到速度。

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