一箭双雕：室温液相法在NMC811表面包覆Al2O3提升电池性能

     目前三元正极材料供应商提供的NMC811产品几乎都进行了包覆处理，其中NMC811颗粒表面包覆Al₂O₃最为常见。目前NMC811表面包覆Al₂O₃常用的方法主要有两种：原子层沉积法(atomic layer deposition，ALD)和湿化学法。ALD法需要精密的仪器设备，而湿化学法虽然不需要精密设备但包覆的品质有待提高。近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology)的Sven Neudeck (第一作者)等提出利用NMC811表面含有水分的特性，将NMC811直接与三甲基铝作用，不仅能直接在NMC811表面包覆Al₂O₃，还能降低NMC811的水含量。该方法可谓“一箭双雕”，且方法极为简单，详见Room temperature, liquid-phase Al₂O₃ surface coating approach for Ni-rich layered oxide cathode material, Chem. Commun., DOI:10.1039/C8CC09618J.

【 亮点 】

（1） 制备方法“一箭双雕”，极具创新性，且方法简单；

（2） 创新来源于对细节的细致观察，研究思路值得借鉴。

【 图文浅析 】

图1. (a)三甲基铝处理后的NMC811 HAADF-STEM图像；(b)颗粒表面的Al元素EDX分布。

     如上所述，该实验在NMC811表面包覆过程极为简单，直接向NMC811添加三甲基铝溶液，室温搅拌4 h后清洗烘干即可得到表面包覆有Al₂O₃的NMC811。如图1所示，包覆后NMC811颗粒表面分布着Al元素，但包覆的均匀度有待进一步提高。此外，本方法包覆物质可能含有Al_xO_yH_z，但从简单角度考虑未加区分统一认为是Al₂O₃。

图2. 裸NMC811和表面包覆Al₂O₃ NMC811全电池 25 ℃、1/10 C首次充放电结果。

     通常进行表面包覆处理的NMC811首次克容量较未表面包覆的NMC811有所降低。如图2所示，利用本方法包覆处理的NMC811克容量较未包覆NMC811有所下降，但降低的幅度很小。

图3. 裸NMC811和表面包覆Al₂O₃ NMC811 45 ℃充放电循环结果: (a)容量保持率；(b)平均放电电压；(c)库伦效率。

     如图3所示，表面包覆Al₂O₃的NMC811电池循环性能有极大提升。裸NMC811循环500周容量即衰减至80%，而包覆处理过的NMC811则在循环1100周后容量才衰减至80%，且平均放电电压同容量保持率规律几乎一致。包覆处理的NMC811库伦效率大于99.95，而裸NMC811的库伦效率仅有99.93，表明包覆处理减少了电池的副反应。

图4. 裸NMC811和表面包覆Al₂O₃的NMC811单层软包电池45 ℃循环结果：(a)化成后的第二周循环；(b)化成后的第5000周循环。

图5. 裸NMC811和表面包覆Al₂O₃的NMC811单层软包电池45 ℃循环后的dQ/dV曲线：(a)化成后的第二周循环；(b)化成后的第5000周循环。

      如图4所示，化成后第二周Al₂O₃包覆的NMC811电池的比容量较裸NMC811电池略低，但循环5000周后Al₂O₃包覆的NMC811电池的优势逐渐凸显：Al₂O₃包覆的NMC811电池比容量为169 mAh/g_NCM811，而裸NMC811电池比容量仅有150 mAh/g_NCM811。从图5可以看到循环5000周Al₂O₃包覆的NMC811电池的dQ/dV曲线虽有变化但特征峰形依然保持，而裸NMC811电池不仅出现了显著的过电位且部分特征峰形消失或合并了。

图6. 表面包覆Al₂O₃的NMC811正极全电池循环1100周后：(a)石墨负极的阻抗谱图；(b)石墨负极半电池充放电曲线；(c) 表面包覆Al₂O₃的NMC811正极阻抗谱图；(d) 表面包覆Al₂O₃的NMC811正极半电池充放电曲线。

     如图6a和图6c所示，虽然循环后石墨负极和表面包覆Al₂O₃的NMC811正极的阻抗均有所增大，但石墨负极的克容量依然接近理论容量，而表面包覆Al₂O₃的NMC811正极的克容量则低于130 mAh/g_NMC811,表明电池容量衰减主要原因在正极。本研究提供的包覆方法不仅在NMC811表面形成了保护层，还能同时降低NMC811水含量，从而有利于提升NMC811电池性能。

【 论文信息 】

Sven Neudeck, Florian Strauss, Grecia Garcia, Hannes Wolf, Jürgen Janek, Pascal Hartmann, Torsten Brezesinski. Room temperature, liquid-phase Al₂O₃ surface coating approach for Ni-rich layered oxide cathode material, Chem. Commun., DOI:10.1039/C8CC09618J.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cc/c8cc09618j#!divAbstract