锂离子电池(LIB)充当可再生应用(例如，电动汽车和消费电子产品)的高性能电源，需要能够提供高能量密度而不损害电池寿命的电极。在《真空科学与技术杂志》 A中，研究人员研究了高能量密度LIB阴极材料降解的根源，并制定了缓解这些降解机理和改善LIB性能的策略。

他们的研究对于许多新兴应用可能是有价值的，特别是电动汽车和用于风能和太阳能等可再生能源的电网级储能。

作者Mark Hersam说：“ LIB中的大多数降解机制都发生在与电解质接触的电极表面上。” “我们试图了解这些表面的化学性质，然后制定使降解最小化的策略。”

研究人员将表面化学表征作为一种策略，用于识别和最小化NCA(镍，钴，铝)纳米颗粒合成过程中残留的氢氧化物和碳酸盐杂质。他们意识到，LIB阴极表面首先需要通过适当的退火来制备，该过程是将阴极纳米颗粒加热以去除表面杂质，然后通过原子薄的石墨烯涂层将其锁定在所需的结构中。

石墨烯涂覆的NCA纳米粒子被配制成LIB阴极，显示出最高的电化学性能，包括低阻抗，高倍率性能，高体积能量和功率密度以及长循环寿命。石墨烯涂层还充当电极表面和电解质之间的屏障，从而进一步提高了电池寿命。

尽管研究人员认为单独使用石墨烯涂层足以改善性能，但他们的研究结果表明，在应用石墨烯涂层之前，对阴极材料进行预退火以优化其表面化学性质非常重要。

尽管这项工作的重点是富镍的LIB阴极，但该方法可以推广到其他储能电极，例如钠离子或镁离子电池，这些电极结合了具有高表面积的纳米结构材料。因此，这项工作为实现高性能，基于纳米粒子的储能设备建立了一条清晰的道路。

“我们的方法也可以应用于改善库和相关的阳极的性能能量存储技术，” Hersam说。“最终，您需要同时优化阳极和阴极以实现最佳的电池性能。”