提高正极活性材料与固态电解质之间的界面稳定性是开发高性能固态电池的关键，该领域面临的挑战之一是在正极活性材料颗粒上制备质量优异、经济且可规模化的保护涂层。德国卡尔斯鲁厄理工学院的学者提出了一种基于预成型纳米颗粒的新型湿法包覆方法，通过溶剂热合成非凝聚纳米颗粒(≤5 nm）涂层材料，并在表面官能化后，应用于层状富镍氧化物正极材料LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2表面，形成具有独特结构的均匀表面包覆层。当使用银矿石Li6PS5Cl作为固态电解质时，经过纳米涂层处理的NCM85正极材料在固态电池中具有优异的储锂性能和良好的倍率性能，均匀的纳米颗粒涂层抑制了界面副反应，同时抑制充放电过程中的气体逸出。此外，该方法已被证明在基于液态电解质的锂离子电池中具有类似的效果，并且可能用于其他的纳米颗粒涂层的应用。相关成果以“Advanced Nanoparticle Coatings for Stabilizing Layered Ni-Rich Oxide Cathodes in Solid-State Batteries”发表在Advanced Functional Materials上。
https:///10.1002/adfm.202111829
固态电池被广泛认为是最有前途的下一代储能技术之一，相比传统的基于液态电解质的锂离子电池具有多个优势，如固态电池体系可以避免液态电解质造成的环境和安全问题，固态电解质具有机械刚性和较高的锂迁移数，两者都有利于抑制锂枝晶形成，并促进锂金属负极的应用。与锂离子电池相比，固态电池中确保正极活性材料与固态电解质的相容性及其界面的稳定性，以及形成具有适当离子/电子部分导电性的正极复合材料，是比较困难的。基于硫代磷酸锂的固态电解质因其柔软的机械性能（低弹性模量）而受到广泛关注，即使通过冷压工艺也能确保颗粒间紧密接触，且这类固态电解质表现出与有机液态电解质相同数量级的锂离子导电性，从而实现了较好的倍率性能。层状富镍NCM材料，如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）和LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2（NCM85），由于其高比容量和高电压，在锂离子电池领域中具有重要的研究意义。但硫代磷酸盐固态电解质的电化学稳定性窗口相对较窄，并且在高电压下与NCM材料的兼容性较差。在正极材料表面涂覆保护层是通过避免与固态电解质直接接触来提高界面稳定性的有效方法。理想的涂层不仅应薄且均匀，还应具有优异的性能，如低电子导电性和高离子导电性，这种涂层将降低分解反应引起的接触电阻，从而提高循环性能。目前，出于成本和加工方式考虑，最常用的方法是湿化学法和干涂层法，而使用这些方法制备的涂层的厚度和形态都很难控制，从而导致厚度不均匀。作者提出了一种基于溶液中预制的非聚集纳米颗粒（NPs）的新涂层方法，其能够有效改善固态电池中层状富镍正极材料的循环性能和倍率性能。作者以ZrO2纳米颗粒改性NCM85正极作为研究体系，首先用包含分散纳米颗粒的稳定分散体系制备涂层材料，然后包覆于正极材料表面，在NCM85颗粒表面成功构建了由ZrO2-NP和碳酸锂组成的结构坚固的双层纳米涂层，所制备的涂层不仅在正极材料表面具有高覆盖率，且具有均匀的形貌和理想的厚度。通过EIS、XPS和ToF-SIMS证实，由于抑制了副反应，正极复合材料的界面稳定性得到了显著改善，且抑制气体的逸出。使用表面涂层保护的NCM85正极材料、Li6PS5Cl作为固态电解质的固态电池在45℃下表现出优异的锂存储性能和倍率性能。这项工作证明了一种基于溶液中预制纳米颗粒的新涂层方法在改善固态电池中层状富镍正极材料的循环和倍率性能方面的有效性。（文：李澍）
图3 在45℃下NCM85、C-NCM85和ZrO2-NCM85在固态电池中的循环性能
图4 NCM85、C-NCM85和ZrO2-NCM85在固态电池中放电状态的EIS曲线和形貌
图6 首次充电过程中，NCM85和ZrO2-NCM85在固态电池的原位DEMS分析
图7 ZrO2-NCM85/Li和NCM85/Li电池的电化学性能
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