【能量密度提高25%！俄罗斯研究人员开发出电动汽车锂电池新型材料】
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盖世汽车讯 据外媒报道 ， 俄罗斯Skoltech研究人员开发出一种新型阴极材料 ， 具有超高能量密度 ， 可用于电动汽车的锂离子电池 ， 以实现更长的续航里程 。 据悉 ， 该材料是一种常见的富镍层状过渡金属氧化物 ， 但对微观结构进行了调整 ， 每单位体积可容纳更多能量 。
Skoltech Energy首席研究员Artem Abakumov教授评论道：“就电动汽车电池而言 ， 阴极材料非常重要 。 电动汽车电池中的阴极倾向于使用层状过渡金属氧化物 ， 包括富含镍的氧化物 。 我们改进了两种常用的此类材料 ， 将能量密度提高了10%至25% ， 从而缩小了阴极体积 。 而更紧凑的电池在相同体积下具有更大的能量存储容量 ， 且材料退化也变得更慢 。 ”
最初用于电池阴极的层状氧化物的分子式为LiCoO2 。 在目前使用的材料中 ， 一些钴原子被镍和锰原子取代 。 在不改变其化学成分的情况下 ， Skoltech研究人员通过调整材料的微观结构组织改进了NMC811及NMC622 。
传统的NMC是粉末状多晶材料 ， 这意味着每个次级粒子都由随机取向的晶粒组成 。 任何给定晶粒内的晶体结构几乎是完美无缺的 ， 但由于没有两个晶粒完美地结合在一起 ， 因此在晶粒边界处不可避免地会出现一些空白空间 。 多晶NMC的单晶对应物正如其名：每个粉末颗粒基本上都是一个大颗粒 ， 其中没有浪费的空间 。 这些单晶通常是八面体形的 。
研究合著者、Skoltech研究科学家Aleksandra Savina表示：“我们的材料是具有球形颗粒的单晶NMC ， 在最大限度地提高密度方面实现两全其美 。 与多晶不同 ， 粉末颗粒没有内部结构 ， 因此在晶界处没有浪费的空间 。 但是最重要的是 ， 粉末可以将更多球形单晶装入与八面体形单晶相同的有限体积中 ， 因此也可以获得更高的密度 。 ”
除了更密集的堆积之外 ， 晶体的球形形状还减少了与电解质的接触面积 ， 从而最大限度地减少了由于传统NMC颗粒中形成裂纹 ， 而导致阴极退化的相互作用 ， 从而从整体上延长阴极和电池的使用寿命 。
为了改变层状氧化物形态 ， Skoltech研究人员调整了合成工艺 ， 即采用助焊剂方法 。 通常 ， 该工艺会从具有均匀分布的镍、锰和钴的前体开始 ， 即混合氢氧化锂或其他锂源 ， 并在高温下退火 。
研究合著者、Skoltech理学硕士生Alina Pavlova解释说：“在添加含锂化合物之后 ， 我们还混合了一种低熔点的惰性盐 ， 我们将这种混合物熔化并在高温下退火 。 然后将盐洗掉并再次退火 ， 以去除与水发生反应产生的不必要产物 。 工艺的关键取决于使用的惰性盐和用量 ， 粒子几何形状会发生变化 。 而使用常规合成根本无法影响粒子的形态 。 ”
该团队确定了促进球形颗粒形成的盐参数 。 测试证实 ， 所得材料的每单位质量的能量存储容量与其他商品相同 ， 但具有更高的能量密度 ， 可以将更多的能量装入相同的有限空间 。
未来研究人员计划对颗粒的尺寸进行试验 ， 将更小和更大的球体组合在一起 ， 以获得更紧凑的包装 。 该团队还将研究层状过渡金属氧化物 ， 用镍代替更多的钴和锰原子 ， 进一步提高储能能力 。
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