正極材料の表面コーティングのまとめ

長距離と 電気自動車の急速充電機能は高性能に依存しています リチウムイオン電池、正極材料は最も重要な材料の 1 つです コンポーネント。ただし、カソードはサイクリング中に亀裂が発生しやすく、次のような症状が発生します。 電解質との持続的な副反応により、著しく損傷を受けます。 バッテリーのサイクル寿命とレートパフォーマンス。表面コーティングによりストレスが軽減され、 液体電解質の湿潤性を高め、界面電荷を減少させます。 転写抵抗を低減し、副反応を低減し、効果的に 正極材料の最適化。それにもかかわらず、 電気化学的性能に対する表面コーティングの物理化学的特性、 サイクリング中の進化だけでなく、さらなる進化が必要です 理解。さらに、最適な表面コーティング材料と方法 系統的に要約され結論が出されていない[5]。

１．陰極表面コーティングの要件

表面コーティングの要件には次のものが含まれます。 1) 薄く均一であること。 ２）イオン伝導性および電子伝導性を有する。 3) 高い機械的性能を有する 充電/放電サイクル後の特性と安定性の維持。 4) コーティングプロセスはシンプルで拡張可能です。

２．正極材料の表面コーティングの役割

正極材料の表面コーティングの役割には次のものが含まれます。 1) 副反応を抑制する物理的バリア。 2) HF を除去して防止する 電解質による化学的攻撃を防ぎ、転移の溶解を軽減します。 金属; ３）電子伝導性およびイオン伝導性を高める。 4) 表面の修正 界面イオン電荷移動を促進する化学。 5) 安定化 構造を構築し、相転移応力を軽減します。

3 コーティングの構造/形態

3.1 均一で薄いコーティング
コーティング層は均一で薄い必要があります。カソードを完全にカバー 粒子はカソードを電解質の攻撃から保護し、側面を抑制します。 反応。さらに、薄いコーティング層により、走行時の動力学が向上します。 インターフェイス、バッテリー性能の向上

3.2 厚塗り
厚いコーティングは、カソードと陰極の間に優れた物理的バリアを提供します。 電解質。ただし、コーティングが厚くなるとリチウムの拡散が妨げられる可能性があります。 挿入および脱挿入プロセス中に、潜在的に良好なパフォーマンスが得られる 高温動作下で。

3.3 島状・粗面コーティング層
乾式・乾式で素材全体に均一かつ薄い塗膜を実現 ウェットコーティングプロセスは困難です。これらによって形成されるコーティング層は、 プロセスは粗くて不均一です。

４．コーティングプロセス/戦略

4.1 ウェットプロセス
4.1.1 ゾルゲルコーティング
ゾルゲルコーティングプロセスは、カソード材料の合成に一般的に使用されます。 そして表面塗装。ただし、水やその他の溶剤の使用量が増加します。 費用がかかります。さらに、水などの溶媒はリチウムの浸出を引き起こし、製品を変化させる可能性があります。 カソード表面の化学量論。

4.1.2 水熱/ソルボサーマルコーティング
水熱/ソルボサーマルプロセスによって開発されたコーティング層は、 ナノスケールで均一なため、化学量論の制御が可能になります。 コーティング層。ただし、前駆体が高価であるため、加工が困難です。 塩が多く収量が低い。

4.2 ドライコーティングプロセス
ドライコーティング法が最も実現可能かつ適切である可能性がありますが、 均一なコーティングは困難です。

4.3 気相化学プロセス
4.3.1 化学蒸着 (CVD)
化学蒸着 (CVD): 特定の温度で反応物質が分解します。 基板材料上に付着し、材料が蒸気から堆積します。 段階。 CVD の主な利点は、低気孔率を生成できることです。 均一で薄いコーティング層。

4.3.2 原子層堆積 (ALD)
原子層堆積（ALD）によって形成されるコーティング層は原子スケールです 厚さ。最大の利点は均一な形状を形成できることです。 正確な制御による高品質のコーティング層。ただし、低さに苦しんでいます 収量、処理時間の遅さ、前駆体コストの高さ、毒性、複雑さ プロセス

5．塗料の種類

5.1 金属酸化物
金属酸化物コーティングは、カソード材料間の物理的バリアとして機能します。 電気化学反応に関与せずに電解質を保護します。の 欠点は、リチウムイオン伝導性が低いことです。場合によっては、レート 金属酸化物でコーティングされた正極材料の性能は、次のような原因で低下します。 インピーダンス (Rct) が増加します。しかし、このような不活性金属が存在するという報告はほとんどない。 酸化物コーティングは電荷移動を改善することができます。

5.2 リン酸塩

リン酸塩コーティングはカソードのイオン輸送特性を向上させることができます 材料。ニッケルリッチな層状酸化物の不十分なサイクルと安全性の問題 大規模な使用を妨げます。表面コーティングは効果的な方法です。 ニッケルリッチカソードの問題を軽減します。 NCM の Li3PO4 コーティング 表面は、NCM カソード表面とカソード表面との直接接触を防ぎます。 電解質を含むため、副反応や抵抗の形成が抑制されます。 表面フィルム

5.3 コーティングとしてのカソード材料

カソード材料は、カソードのコーティング材料として使用されてきた。 一般に、安定性の高い材料は、安定性の低い材料の上にコーティングする必要があります。 材料の全体的な安定性とパフォーマンスが向上します。利点は カソードと電解質の間に物理的な障壁を提供すること、 副反応を抑制し、電荷移動速度を改善することで、 カソード材料の電気化学的性能が向上します。ただし、それは カソード材料の均一で薄いコーティングを達成することは困難です。さらに、 良好なコーティングを形成するには、高い熱処理温度が必要です。 正極材料の分解につながります。このタイプのコーティングの場合、 最適なコーティング材料と条件を選択する必要があります。例えば、 リチウムリッチな Li1.2Mn0.6Ni0.2O2 層上に極薄スピネル (LiMn2O4) コーティング 酸化物 (USMLLR) は電気化学的および熱的性能を向上させます。利点は リチウムリッチな層状酸化物の高容量を確保するだけでなく、 材料を使用するだけでなく、充電を改善しながら高速パフォーマンスも提供します LMO の優れた Li+ 導電性により、表面での転写が起こります。

5.4 コーティングとしての固体電解質およびその他のイオン伝導体

固体電解質は室温で高いイオン伝導率を持ち、 カソードコーティング層として適していますが、その電子伝導性は 低い。イオン伝導性が高いため、帯電性の向上が期待できます。 カソード/電解質界面での移動。さらに固体電解質 コーティングは物理的なバリアを提供し、副反応を抑制します。コーティングリチウム LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM) 上のチタン酸ランタン (LLTO) は速度を向上させることができます LLTO コーティングの高いイオン伝導率によるパフォーマンス 層と副反応の抑制。ただし、コーティングを増やす 厚さによって電子移動プロセスが阻害される可能性があります。 充電/放電。

5.5 導電性ポリマー

導電性ポリマーコーティングは、高い均一な薄膜を形成できます。 電子伝導性、カソード/電解質での電荷移動を改善 インタフェース。これらのポリマーは体積変化に対応し、亀裂を低減します。 形成。

5.6 表面ドーピング

表面コーティング法は陰極に物理的バリアを形成します 表面は一般に電解質に対する反応性が低いため、改善されます。 材料の構造的安定性と熱的安定性。クリスタル以来 界面での構造と組成の変化は類似しており、表面ドーピング Li+ の拡散を妨げず、Rct と機械的応力を低減します。 界面を保護し、亀裂の可能性を減らします。

6．構造と特性の相関: コーティングの厚さとリチウムイオン 拡散
特定の表面コーティングは、イオンの拡散を妨げる一方で、他のコーティングを提供することがあります。 一方、一部のコーティングはイオン拡散を強化できますが、妥協します。 他のプロパティ。これらの影響を妥協策として考慮するのが常に問題でした。 コーティングを採用する際のバッテリー研究の焦点。構造特性 コーティング厚さとリチウムイオン拡散速度の相関関係 コーティング層は、この妥協基準を測定する効果的な方法です。