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研究人員開發摻硼正極 提升電池能量密度

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月17日  

(圖源:materialstoday)


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(HanyangUniversity)的Yang-KookSun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,是電動汽車在商業上取得成功的一大需求。


據外媒報道,Sun與勞倫斯伯克利國家實驗室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)、德國尤里希研究所(ForschungszentrumJuumllich)的研究人員,合作開發了新型富鎳層狀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(續航里程)與循環穩定性(電池壽命)之間存在平衡關系。


目前,為了保持穩定,電動汽車使用的富鎳鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)正極,在循環過程中只能實現部分放電(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。在深度帶電狀態下,可能形成微裂紋,如果任其發展至表面,電解質會滲入其中,導致不必要的寄生反應,使內部表面退化,最終發生故障。


研究人員發現,通過調整正極微結構,可以解決這一問題。在富鎳NCA正極中加入少量的硼,可使其微結構發生顯著變化,由球形顆粒轉變為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任何微裂紋,即使有一點裂紋,也不會發展至表面。結果表明,經過1000次循環后,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,其中大多數集中在簡單的添加物質和涂層上。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定性,我們嘗試調整正極材料的微結構,如粒子的尺寸、形狀和晶體結構等。


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


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