锂离子电池新方向：石墨烯涂层可帮助提高能量密度和电池寿命

据报道，来自美国和韩国的科学家们近期共同研究了高能量密度锂离子电池（LIBs）正极材料降解的根源，并开发了基于石墨烯的策略来减轻这些降解机理并提高电池的性能。

这项研究是由美国西北大学、克莱姆森大学，以及韩国世宗大学的研究人员共同完成的。该研究主要作者Mark Hersam表示：“LIB中的大多数降解机制都发生在与电解质接触的电极表面上。我们试图了解这些表面的化学性质，然后制定使降解最小化的策略。”

具体而言，研究人员采用表面化学表征作为识别和最小化NCA（镍，钴，铝）纳米颗粒合成过程中残留的氢氧化物和碳酸盐杂质的策略。他们意识到，LIB正极表面首先需要通过适当的退火来制备，该过程是将正极纳米颗粒加热以去除表面杂质，然后通过原子层厚度的石墨烯涂层将其锁定为所需的结构。

研究结果表明，石墨烯包覆NCA纳米粒子制备的阴极具有优异的电化学性能，包括低阻抗、高速率性能、高容积能量和功率密度以及长循环寿命。石墨烯涂层还作为电极表面和电解质之间的屏障，进一步提高了电池寿命。

尽管研究人员认为石墨烯涂层本身就足以提高性能，但他们的研究结果表明，在应用石墨烯涂层之前，为了优化阴极材料的表面化学性质，对阴极材料进行预退火是非常重要的。

据悉，该研究对于许多新兴应用而言可能是很有价值的，尤其是电动汽车和用于可再生能源（如风能和太阳能）的电网级储能。

此外，虽然这项工作主要集中在富含镍的LIB阴极上，但是这种方法也可以推广到其他的储能电极上，如钠离子或镁离子电池，这些电池含有具有高表面积的纳米结构材料。因此，这项工作为实现高性能，基于纳米粒子的储能设备建立了一条清晰的道路。

“我们的方法也可以用于提高LIBs和相关储能技术中阳极的性能。最终，你需要同时优化阳极和阴极，以实现最好的电池性能。”Hersam补充说。