合成更纯净高性能单晶阴极的可扩展策略

能源工程师和材料科学家一直在努力创造安全的电池技术，以表现出更高的能量密度和效率，以及更长的生命周期。由于锂离子电池(LiB)是最广泛的电池技术之一，因此当前的许多研究工作都集中在改进这些电池的各个组件上，包括阴极，即电池单元内的正极。

大多数提出的LiB阴极具有多晶形态，这意味着它们由多个不同的晶体颗粒组成。虽然这些阴极很容易大规模制造，但它们在电池循环过程中容易开裂，这会隔离其中的一些活性材料，使它们暴露在液体电解质中并可能降低电池的性能。

基于单晶粒尺寸晶体颗粒的单晶阴极可能有助于克服多晶阴极的这一关键限制。然而，到目前为止，使用可扩展的工艺可靠地制造它们已被证明具有挑战性。

麻省理工学院(MIT)和韩国蔚山国立科学技术研究所(UNIST)的研究人员最近推出了一种新的可扩展策略，用于合成具有高相纯度和良好电化学性能的单晶阴极。这种策略在Nature Energy中引入，包括使用熔融的Li盐腐蚀较小晶粒之间的边界并将它们转化为较大的晶体，从而产生单晶层状阴极。

“受限于可访问的温度范围以防止锂蒸发，晶格缺陷和颗粒团聚，生产具有高相纯度，良好电化学性能和可扩展性的单晶阴极仍然具有挑战性，”Moonsu Yoon，Yanhao Dong和他们的同事告诉Tech Xplore。

“我们发明了一种新的机械化学活化工艺，为用富含Li/Mn或富含Ni的化学合成粗单晶阴极的难题提供了通用解决方案，这与难以扩大规模的设备和能量密集型和长时间的机械化学路线不同。

Yoon，Dong及其同事提出的合成单晶阴极的策略基于行星离心解聚技术。该团队表明，这种策略可以从易于采购的材料中实现单晶阴极的可扩展生产，因为它们是商业上可获得的。

“我们的方法基于界面反应润湿，由原位熔化的瞬态共晶盐介导，通过适度的机械搅拌熔化，形成分散在液化锂盐中的纳米氧化物胶体悬浮液，”Yoon，Dong和他们的同事在他们的论文中写道。“它有效地解聚了多晶前体，重新包装晶体并使锂盐分布均匀化，从而使颗粒在以后粗化成单晶形态，并改善了电化学性能。”

值得注意的是，研究人员使用的熔融Li盐可以产生所需的反应，而无需额外的化学物质。他们的合成策略也可以很容易地与现有的阴极制造工艺集成，这可以极大地促进其广泛采用。

最近的这项研究可能很快为开发用于LiB的高性能单晶阴极的其他策略提供信息。总的来说，这些策略可以帮助克服现有阴极的局限性，有助于创建越来越先进的电池解决方案。