Many next-generation materials for Li-ion batteries are limited by material instabilities. To stabilize these materials, ultrathin, protective coatings are needed that conduct both lithium ions and electrons. Here, we demonstrate a hybrid chemistry combining molecular layer deposition (MLD) of trimethylaluminum (TMA) and p-hydroquinone (HQ) with oxidative molecular layer deposition (oMLD) of molybdenum pentachloride (MoCl₅) and HQ to enable vapor-phase molecular layer growth of poly(p-hydroquinone) (PHQ)—a mixed electron and lithium ion conducting polymer. We employ quartz crystal microbalance (QCM) studies to understand the chemical mechanism and demonstrate controlled linear growth with a 0.5 nm/cycle growth rate. Spectroscopic characterization indicates that this hybrid MLD/oMLD chemistry polymerizes surface HQ monomers from the TMA-HQ chemistry to produce PHQ. The polymerization to PHQ improves air stability over MLD TMA-HQ films without crosslinking. Electrochemical measurements on hybrid MLD/oMLD films indicate electronic conductivity of ~10⁻⁹ S/cm and a Li-ion conductivity of ~10⁻⁴ S/cm. While these coatings show promise for Li-ion battery applications, this work focuses on establishing the coating chemistry and future studies are needed to examine the stability, structure, and cycling performance of these coatings in full Li-ion cells.

中文翻译：

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用于锂离子电池应用的聚氢醌薄膜的分子层沉积


许多用于锂离子电池的下一代材料都受到材料不稳定性的限制。为了稳定这些材料，需要同时传导锂离子和电子的超薄保护涂层。在这里，我们展示了一种混合化学，将三甲基铝 （TMA） 和对氢醌 （HQ） 的分子层沉积 （MLD） 与五氯化钼 （MoCl₅） 和 HQ 的氧化分子层沉积 （oMLD） 相结合，以实现聚对氢醌 （PHQ） 的气相分子层生长——一种混合电子和锂离子导电聚合物。我们采用石英晶体微天平 （QCM） 研究来了解化学机制，并证明以 0.5 nm/周期的生长速率控制线性生长。光谱表征表明，这种 MLD/oMLD 杂化化学将 TMA-HQ 化学中的表面 HQ 单体聚合以产生 PHQ。聚合成 PHQ 提高了 MLD TMA-HQ 薄膜的空气稳定性，无需交联。对 MLD/oMLD 混合薄膜的电化学测量表明，电子电导率为 ~^10-9 S/cm，锂离子电导率为 ~^10-4 S/cm。虽然这些涂层在锂离子电池应用中显示出前景，但这项工作的重点是建立涂层化学，需要进一步的研究来检查这些涂层在全锂离子电池中的稳定性、结构和循环性能。