新型富鎳層狀LiMO2正極提升電池能量密度

研究人員開發(fā)新型富鎳層狀LiMO2正極，不僅能提供高能量密度，而且可以延長電池壽命。

（圖源：materialstoday）

蓋世汽車訊 推廣使用電動汽車，可以減少碳排放以及對化石燃料的依賴。但是，電動汽車的續(xù)航里程有限，而且成本高，讓很多潛在買家望而卻步。韓國漢陽大學（Hanyang University）的Yang-Kook Sun表示：“改進鋰離子電池，提供更高的能量和功率密度，并且延長使用壽命，是電動汽車在商業(yè)上取得成功的一大需求。”

據(jù)外媒報道，Sun與勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）、德國尤里希研究所（Forschungszentrum Jülich）的研究人員，合作開發(fā)了新型富鎳層狀LiMO2正極，不僅能提供高能量密度，而且可以延長電池壽命。他指出：“層狀正極已成為EV鋰離子電池的標準正極，通常情況下，其容量（續(xù)航里程）與循環(huán)穩(wěn)定性（電池壽命）之間存在平衡關系?！?/p>

目前，為了保持穩(wěn)定，電動汽車使用的富鎳鋰鎳鈷鋁氧化物（NCA）正極，在循環(huán)過程中只能實現(xiàn)部分放電（約60%），比如特斯拉S/X/3等車型的電池正極。不僅降低了能量密度，還增加電池的負擔，提高電動汽車的總成本。在深度帶電狀態(tài)下，可能形成微裂紋，如果任其發(fā)展至表面，電解質(zhì)會滲入其中，導致不必要的“寄生”反應，使內(nèi)部表面退化，最終發(fā)生故障。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整正極微結構，可以解決這一問題。在富鎳NCA正極中加入少量的硼，可使其微結構發(fā)生顯著變化，由球形顆粒轉變?yōu)?a target="_blank">中心向外輻射的細長棒狀結構。在反復充電過程中，這些晶體幾乎沒出現(xiàn)任何微裂紋，即使有一點裂紋，也不會發(fā)展至表面。結果表明，經(jīng)過1000次循環(huán)后，摻硼正極保留了超過80%的初始容量，相比之下，未摻硼NCA僅余49%的初始容量。

Sun指出：“人們用過很多方法來克服富鎳層狀正極的缺點，其中大多數(shù)集中在簡單的添加物質(zhì)和涂層上。我們從不同角度解決問題。為了改善正極材料的結構和力學穩(wěn)定性，我們嘗試調(diào)整正極材料的微結構，如粒子的尺寸、形狀和晶體結構等?！?/p>

研究人員認為，通過在NCA正極中加入硼，再結合其他穩(wěn)定策略（如防護涂層），可以提升電池能量密度和穩(wěn)定性，使電動汽車單次充電續(xù)航里程突破300英里。