來自日本長野信州大學的一組研究人員現在更接近於薄型高容量鋰離子電池，這種電池可以為電動汽車打開更好的儲能係統。
該研究小組由日本信州大學能源與環境科學中心（以下簡稱CEES）主任Katsuya Teshima教授領導。他們在8月的“科學報告”中在線發表了他們的見解。
“鋰離子電池是非常有前途的電動汽車能量存儲系統，需要相對較高的能量密度，”該研究的作者Nensuyuki Zettsu說，他是CEES教授和信州大學材料化學系。 “然而，它們的高工作電壓通常會導致電極表面的氧化分解，從而促進各種副反應。”
鋰離子電池儲存了大量的能量，但是使電池分散能量所需的力量太大了 - 實際上，由此造成的損壞使電池失去了存儲容量。
為了解決這個問題，Zettsu及其同事研究了高壓（> 4.8 V，相對於Li + / Li）陰極的電學和電化學特性，其中電子進入電池。
“許多研究人員試圖通過減少直接接觸面積來減輕觀察到的容量衰減，”Zettsu說，指出科學家用不同材料覆蓋陰極表面以減少侵蝕的研究項目。 “已經進行了各種基礎研究來研究表面塗層改性的影響;然而，它們都沒有導致高壓陰極基電池的性能得到顯著提升。”
Zettsu可能通過使用自組裝單層來改變表面改性劑的潮流。他的團隊在陰極表面塗上了一層超薄的氟代烷基矽烷塗層。氟代烷基矽烷是一種矽氧烷，它組織成最有效的排列方式，以傳導鋰離子並使電子絕緣，同時僅保留一個原子厚度。
“我們發現......用自組裝單層塗覆活性材料表面......促進了電極內的有效輸送，同時也抑制了電極和電解質界面發生的副反應，”Zettsu說。 “這種塗層改善了高壓鋰離子電池的功率密度和循環性能。”
研究人員發現，陰極和進入電池的電解質之間的直接接觸被最小化，即使電池循環一百次後電池的容量也不會降低。
“沉積的自組裝單層塗層降低了鋰離子轉移的激活勢壘，並穩定了表面附近的離子，這對電極和電解質之間界面處發生的電化學反應產生了積極的影響，”Zettsu說。 “表面穩定塗層代表了一種改變遊戲規則的技術，用於開發高壓陰極材料，而不受效率與穩定性的電化學困境的限制。”
但是，Zettsu說，需要更詳細地檢查表面塗層對整個電池系統產生的全部效果，以便更好地理解任何潛在的負面副作用。
“我們的研究結果可為基於具有卓越電化學性能的高壓系統設計鋰離子電池提供新的方向，”Zettsu說。
Zettsu計劃在2022年與汽車和電池製造商合作，將這種表面處理技術推向市場，目的是創造環保的高能電池。
“由於世界環保法規，對電動和混合動力汽車的推動正在穩步發展。鋰離子電池所需的性能水平非常高，”Zettsu說。 “目前，我們正致力於使用塗層工藝和自動駕駛模式的實驗，為插電式混合動力汽車和電池電動汽車製造真正的電池。”
這項工作得到了日本科學技術廳和日本科學促進會的支持。
其他貢獻者包括Dae-Wook Kim，Shuhei Uchida，Hiromasa Shiiba和Katsuya Teshima，他們都隸屬於信州大學材料化學系。手島是信州大學能源與環境科學中心的主任。
