阿贡国家实验室研发氧化镁纳米保护涂层 大幅优化硫化物固态电池界面性能

盖世汽车讯 一类极具发展前景的下一代电池能否取得成功，或许取决于一种几乎薄到难以想象的材料——厚度仅约1纳米的保护涂层，其厚度约为人类头发丝的十万分之一。

据外媒报道，在一项最新研究中，美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的科学家将计算模拟与实验研究相结合，筛选出了适用于硫化物固态电解质的候选保护涂层，并揭示了这些涂层发挥作用的关键机制。

研究成果发表于期刊《Advanced Science》。结果表明，氧化镁（MgO）是一种极具潜力的新型保护涂层，同时也建立了一种更快速筛选其他候选材料的方法。

与当前锂离子电池相比，固态电池（solid-state batteries）有望实现更高的能量存储能力，并进一步提升安全性。然而，一些最具前景的固态电解质，尤其是硫化物基固态电解质，在化学性质上较为脆弱。在电池的关键界面处，特别是电解质与锂金属接触的位置，它们容易发生化学反应，从而影响电池性能并缩短使用寿命。

为解决这一问题，研究团队选取了一种名为锂磷硫氯（Lithium Phosphorus Sulfur Chloride，LPSCl）的硫化物固态电解质作为研究对象。他们利用基于密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）的计算方法，对一系列采用原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）工艺制备的氧化物涂层进行了筛选。ALD是一种能够以接近原子级精度沉积超薄且均匀薄膜的制造技术。

研究人员预测了这些涂层在电池三个关键界面上的行为，包括：涂层与电解质之间的界面、涂层与锂金属之间的界面，以及涂层与正极材料之间的界面。

图片来源：阿贡国家实验室

反应产物决定性能表现