富镍化合物可延长电动汽车电池的使用寿命登Science【钜大锂电】

如果电池的使用寿命比现在使用的电池长得多且更便宜，那么电池驱动的电动汽车及其与碳氢化合物提供的环境效益相比，将变得更加普遍。

实现这一目标的一种策略是用低成本镍替代电池正极中发现的许多昂贵的钴，并且该策略的目标之一是现在用于某些锂离子电池中的镍锰钴（NMC）正极。电池制造商希望增加NMC阴极中镍相对于钴的比例。由于镍的电化学特性，这样做不仅可以降低电池成本，而且可以提高充电容量。

但是以前的研究表明，提高NMC阴极中的镍含量会引发有害反应，例如与电解质溶液的反应，这会迅速使电池退化。该过程通常会导致微米级的阴极颗粒破碎，最终使电池无法充电。西北太平洋国家实验室的杰晓（JiaoXiao）及其同事现在已经找到解决这些问题的方法，制造出一种特别坚固且富含镍的NMC阴极材料。研究小组还发现了材料在充电周期中发生物理变化的方式，这一发现可以帮助研究人员进一步改善阴极。

这项工作的关键是设计一种方法来生长微米级的，含镍量接近80％的NMC单晶-与某些NMC材料相比，镍含量增加了30–40％。与典型的NMC阴极相比，后者是微米级的纳米晶体附聚物，单晶形式具有较少的位置，可发生不良反应，在充电周期中不易碎裂，并可存储约25％的电荷（Science2020，DOI：10.1126/science.abc3167）。

尽管强壮的材料可以抗摔，但它并非坚不可摧。电池测试和显微镜显示，在充电和放电过程中，颗粒的微观层来回移动，有点像卡片滑出一半然后又回到甲板上。滑动主要是可逆的，是由锂离子进出材料引起的，最终导致微粒中形成微小的裂纹，从而开始了阴极的衰变。