為了增加續(xù)航里程，電動汽車電池通常采用高鎳正極材料。然而，高鎳含量存在一個關鍵缺陷：電池性能在充放電過程中會迅速下降。目前已確定其主要原因是內(nèi)部結構畸變，這種畸變會產(chǎn)生“氧空穴”，從而縮短電池壽命——類似于彎曲的柱子會造成建筑物墻體開裂。

浦項科技大學（Pohang University of Science and Technology，POSTECH）電池工程系（鐵基與生態(tài)材料技術研究所）和材料科學與工程系的Kyu-Young Park教授領導的研究團隊證實，這種結構畸變會產(chǎn)生“雙氧配體空穴”（簡稱“氧空穴”），從而縮短電池壽命。

圖片來源： POSTECH

添加鋁可延長電池壽命

據(jù)外媒報道，該研究團隊發(fā)現(xiàn)，在正極中添加少量鋁（Al）可顯著延長電池壽命，因為它能防止這些孔洞的形成。該研究已在線發(fā)表于期刊《Advanced Functional Materials》。

目前，電動汽車電池中鎳含量的增加已成為一種趨勢，旨在存儲更多能量。然而，雖然增加鎳含量可以提高能量密度，但也會導致電池容量在反復充放電循環(huán)后迅速衰減。

研究團隊從理論上揭示了電池容量衰減的根本機制：晶格結構畸變，這種畸變在充放電過程中自然發(fā)生。當晶格結構發(fā)生畸變時，氧原子中會形成大量的氧空穴，導致晶格氧不穩(wěn)定，從而縮短電池壽命。

通過用少量鋁替代鎳，研究團隊成功抑制了氧空穴的形成。鋁通過改善氧原子周圍的電子環(huán)境來穩(wěn)定晶格結構。實驗證實，這種方法能夠顯著延長電池壽命。

對電池技術和安全的影響

這項研究意義重大，它從原子層面揭示了高鎳正極材料性能衰減的原因，并提出了一種同時提升能量密度和使用壽命的策略。該研究被視為一項能夠增強電動汽車電池性能和安全性的核心技術。

“這項研究揭示了電動汽車高鎳正極材料中由結構畸變引起的容量衰減，將有助于拓展下一代高性能電池的設計可能性，”領導這項研究的Kyu-Young Park教授表示?！斑@項成果提供了一種關鍵策略，不僅可以延長電池壽命，還可以緩解高鎳正極材料面臨的關鍵問題——熱失控。我們預計它將對整個可充電電池行業(yè)產(chǎn)生重大影響?！?/p>