锂离子电池（LIB）可以用在可再生能源应用（例如，电动汽车和消费电子产品）中的高性能电池，但是在这些电池中却因为电极的问题会存在着能量密度越高，越容易损害电池的寿命问题。
在AIP出版的《真空科学与技术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。
他们的研究对于电动汽车和用于可再生能源（例如风能和太阳能）的电网级储能的锂电池是非常有用的。
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为所需的结构。
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。
尽管这项工作集中在富镍LIB阴极上，但该方法可以推广到其他能量存储电极，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。
Hersam说：“我们的方法还可用于改善LIB和相关储能技术中阳极的性能。” “最终，您需要同时优化阳极和阴极以获得最佳的电池性能。”
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