电动汽车市场的进一步普及，长期受到锂离子电池寿命有限和续航不足的制约。许多消费者担心车辆在远离家乡或充电设施稀少的地区电量耗尽，同时对充电等待时间过长也颇有顾虑。

在众多改进方向中，层状金属氧化物正极材料备受关注。其中，锂镍锰钴氧化物 NMC811 因成本相对较低、能量密度高，成为当前正极材料研究的重点对象。

然而，NMC811 在充放电循环中存在明显缺陷：材料会逐渐释放氧气，导致电池性能衰减（一次完整充放电记为一个循环）。这些释放出的氧气不仅会加速电解液氧化分解，生成气体和其他不良副产物，还可能引发安全风险，例如电池过热甚至起火。

一项发表在《Small》期刊上的最新研究提出了一个有前景的解决方案。由阿尔伯塔大学牵头的团队，利用原子层沉积（ALD）技术，在预制的 NMC811 正极表面沉积了一层纳米级硫化锆涂层。

这层硫化物涂层厚度仅约 2 纳米，却在循环过程中发挥了关键作用。研究人员发现，它能够“捕获”从正极释放出来的氧气：多余的氧会将涂层从硫化物形态转化为硫酸盐，即由 ZrS₂ 转变为 Zr(SO₄)₂。

实验表明，这一硫化物向硫酸盐的转化过程极大地减缓了电解液的分解。同时，生成的硫酸盐涂层还能进一步抑制副反应，稳定 NMC811 与电解液之间的界面，减少微裂纹的形成，并帮助维持 NMC811 正极的整体结构稳定性。

性能提升

得益于这一界面工程策略，涂覆硫酸盐层的 NMC811 正极展现出显著优于传统材料的循环性能。未涂层的裸 NMC811 正极通常只能维持约 200 个循环，而引入硫化物涂层后，其循环次数提升到超过 1000 次。此外，在约 1300 个循环后，电池仍能保持约 60% 的初始容量。

该项目由阿尔伯塔大学机械工程系副教授孟祥波（Henry Meng）主导。他首次系统性地提出：硫化物可以作为一类新型正极涂层，在电池工作过程中原位转化为硫酸盐，从而形成一层“坚固、洁净且抗氧化”的保护层。

截至目前，孟教授团队已验证多种硫化物体系的硫化物–硫酸盐转化行为，包括 Li₂S、ZrS₂、Al₂S₃、ZnS 和 Cu₂S 等，相关研究仍在持续推进中。

这项工作不仅加深了对电极–电解液界面工程的理解，也为 NMC811 正极的商业化应用提供了新的技术路径。类似的涂层策略有望推广到目前广泛应用于手机、笔记本电脑等设备中的多种正极材料上，以延长电池寿命并提升安全性。

论文第一作者为孟纳米与能源实验室的博士生 Kevin Velasquez，他在实验中采用纽扣电池对涂层正极进行测试。纽扣电池常用于钥匙扣、手表、计算器等低功率电子设备。孟教授为论文通讯作者，负责整体研究设计与指导。

孟教授的研究方向涵盖新型无机、有机及混合纳米材料的合成，在原子与分子层面精确调控结构，并将其应用于高性能储能电池系统的开发。目前，他已获得 4 项专利授权，另有 15 项专利处于申请阶段，并完成 6 项知识产权披露，其中 5 项与硫化物涂层技术直接相关。

论文合著者包括蔡继宇、Taohedul Islam、周华、陆文泉、渡边文也和李宇子。Islam 为阿尔伯塔大学博士后研究员，蔡、陆、周和 Kiu 隶属于阿贡国家实验室，渡边则来自阿肯色大学小石城分校。

据孟教授介绍，多家大型科技企业已对这一研究成果表现出浓厚兴趣。团队计划与阿贡国家实验室合作，在不同类型电池体系上进一步测试和评估该涂层技术的适用性。