研究开发高镍层状氧化物正极材料 加快EV充电速度

【资料图】

采用高镍层状氧化物正极材料，或使电动汽车电池充电更快、续航更远、更耐用。据外媒报道，由爱达荷州国家实验室（Idaho National Laboratory）领导的研究团队发现，由一种名为NMC811（80%镍、10%锰、10%钴）的富镍材料制成的正极寿命更长，性能更好。NMC811算不上独特的新化学物质，但可以提供更好的性能，关键在于了解其属性。

（图片来源：爱达荷州国家实验室）

现在，电池行业逐渐转向含镍量更高的正极，因此需要全面了解材料在极快速充电过程中的降解过程。

该团队详细描述了NMC811在不同快速充电条件下的老化行为，最极端的情况相当于行驶超过20万英里。研究人员将NMC811的性能与NMC532（50%镍、30%锰、20%钴）进行比较，NMC532是五年前这项研究开始时使用更广泛的电池材料。

在不同的快充速率下，该团队使用了一系列电化学技术来评估电量在35%到100%之间的电池电芯。研究集中于失效机制，包括颗粒在循环过程中如何机械断裂。为了解在不同循环条件下发生的破裂程度，研究人员利用先进的扫描电子显微镜技术来检测颗粒结构。

比较这两种正极材料，让研究人员惊讶的是，NMC811表现出更严重的表面下降解，但其循环寿命性能优于NMC532。该团队认为，这要归因于NMC811中的分子排列方式可以创建更自由的锂离子途径。NMC811还具有比NMC532更高的电导率和离子导电性，从而使电池在反复使用期间可以容纳更高的电荷量。

此外，NMC811表现出较慢的阻抗增长。阻抗是衡量内阻的一种方法，十分重要。因为高电阻会导致电池发热，降低电压，减少电池容量，直至无法使用。具有低阻抗的电池可根据需要提供高电流。

总的来说，NMC811表现出更高的比能（一个电池在一次放电循环中获得的电能除以单个电池质量），并且比低镍含量材料具有更好的导电性。另外，钴的数量有限且成本较高，NMC811的钴含量较低，可以降低成本。研究负责人Tanvir Tanim表示：“一些汽车制造商已经开始在正极上使用NMC811。因此，这项研究尤为重要。”

研究人员指出，未来工作的重点在于晶粒取向和结构对单颗粒性能产生的复杂影响。总之，该团队得出结论，对电动汽车电池来说，采用由NMC811制成的正极可能是更好的选择，可以实现10-15分钟充电。“NMC811有助于更灵活地优化电池，以提供高能量和功率。”

关键词：