單晶富鎳Li[Ni_xMn_yCo_1-x-y]O₂（SC-NMC）正極代表了一種有希望的方法，以減輕傳統(tǒng)多晶正極的裂紋問題。然而，許多已報道的SC-NMC正極仍然存在不令人滿意的循環(huán)穩(wěn)定性，特別是在高電截止電壓和/或高溫下。

香港理工大學陳國華、Qiang Liu、美國阿貢國家實驗室Khalil Amine、徐桂良等報告了采用氧化化學氣相沉積（oCVD）技術(shù)為SC-NMC正極制作的超保型和耐用的聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）（PEDOT）涂層，這大大改善了其高電壓（4.6V）和高溫耐受性。

圖1. 超保形PEDOT涂層SC-NMC83正極材料的表征

研究表明，保形的PEDOT涂層可以有效地清除HF，抑制金屬溶解，并抑制惡劣條件下（高截止電壓和高溫）的相變和晶間裂紋，因此是一種理想的高壓正極涂層材料。受到性能改善的啟發(fā)，作者進一步在單晶LiNi_0.83Mn_0.1Co_0.07O₂（SC-NMC83）正極上進行保形PEDOT涂層，以改善其在惡劣工作條件下的循環(huán)穩(wěn)定性。

令人印象深刻的是，最佳厚度為10納米的PEDOT涂層大大提升了4.6V超高壓下的循環(huán)穩(wěn)定性，在100次和200次循環(huán)后，容量保持率分別達到96.7%和89.5%。此外，即使在4.6V和45℃下儲存72小時后，涂層正極在45℃的100次循環(huán)后仍提供了174.9 mAh g^-1（85.3%）的容量，而未涂層的SC-NMC83僅保留了112.5 mA h g^-1（59.6%）。

圖2. 電化學性能

此外，PEDOT涂層還提高了熱穩(wěn)定性，將熱分解的起始溫度提高了20℃以上，這一點已被原位XRD證實。PEDOT涂層的保護作用通過使用各種先進的表征技術(shù)來徹底闡明，結(jié)果顯示，PEDOT涂層在高截止電壓的循環(huán)過程中明顯抑制了結(jié)構(gòu)變形和晶內(nèi)裂紋。

此外，PEDOT涂層還抑制了正極和電解液之間的副反應，從而使CEI更薄，界面更穩(wěn)定?？偟膩碚f，堅固的PEDOT涂層使SC-NMC83在苛刻的循環(huán)和日歷老化條件下實現(xiàn)了極好的穩(wěn)定性。

圖3. 加熱過程中帶電PEDOT涂層SC-NMC83正極材料的原位相變

Conformal PEDOT Coating Enables Ultra-High-Voltage and High-Temperature Operation for Single-Crystal Ni-Rich Cathodes. ACS Nano ( IF 18.027 ) Pub Date : 2022-09-13 , DOI: 10.1021/acsnano.2c04959