电动汽车市场增长面临的最大挑战之一是锂离子电池使用寿命和续航里程有限。消费者担心在离家较远的地方充电时，会面临在充电站长时间等待的困境。

层状金属氧化物阴极材料的研究颇具前景，其中，锂镍锰钴氧化物‌（简称NMC811）因其成本低、能量密度高，已成为阴极材料研究的热点。然而，NMC811的不足之处在于，在循环过程中（电池完全充电和放电的过程称为一个循环），由于氧气的释放，电池性能会下降。释放的氧气还会氧化电解质，产生气体和其他有害副产物，最终可能导致火灾等安全隐患。

据外媒报道，发表于《Small》期刊的一项新研究提出了一种有望延长锂离子电池使用寿命的解决方案。该研究由阿肯色大学（University of Arkansas，U of A）主导，研究人员利用原子层沉积技术，在预制的NMC811阴极材料上涂覆纳米级硫化锆涂层。

图片来源：阿肯色大学

阿肯色大学研制的硫化物涂层厚度仅为20亿分之一米，通过将自身从硫化物转化为硫酸盐，帮助捕获（也就是研究人员所说的“清除”）释放的氧气。也就是说，额外的氧气将涂层从ZrS₂转化为Zr(SO₄)₂。

该转化方法已被证明能非常有效地保护电池电解质免受分解。此外，生成的硫酸盐涂层还能进一步抑制不良反应，稳定NMC811与电解质之间的界面，抑制微裂纹的产生，并维持NMC811阴极的结构稳定性。

因此，涂覆了硫酸盐的NMC811阴极展现出了卓越的性能。裸露的NMC811阴极在没有涂层的情况下，循环寿命约为200次。而这种新型涂层将NMC811阴极的循环寿命提升至1000次以上。此外，该涂层与阴极的组合还使电池在1300次循环后仍能保持60%的容量。

该项目的首席研究员是阿肯色大学机械工程系的Xiangbo（Henry）Meng副教授。Meng教授率先发现了硫化物这种新型涂层，它可以在电池内部原位转化为硫酸盐。他将这种涂层描述为“电池阴极上坚固、清洁且具有抗氧化性能的保护层”。

迄今为止，Meng教授已利用多种硫化物（例如Li₂S、ZrS₂、Al₂S₃、ZnS和Cu₂S）验证了硫化物-硫酸盐的转化。该研究仍在进行中。

这项研究深化了对界面工程的理解，并为NMC811阴极的商业化开辟了一条新的技术途径。此类技术可应用于目前手机和笔记本电脑中使用的各种阴极材料，以延长其使用寿命并提高安全性。

该论文的第一作者Kevin Velasquez使用纽扣电池在实验室测试了阴极涂层。纽扣电池常用于钥匙扣、手表和计算器等低功耗电子产品。Meng教授是这篇论文的通讯作者，并负责监督所有研究工作。Meng教授的研究重点是在原子和分子水平上以精确可控的方式合成新型无机、有机和混合纳米材料，以及开发高性能储能电池系统。迄今为止，Meng教授已获得四项专利，另有十五项专利正在申请中，并公开了六项知识产权，其中五项与硫化物涂层相关。

Meng教授表示，多家大型科技公司对这项研究成果很感兴趣，并将与美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）合作，在不同电池上测试这种涂层。