能量密度提高25%！俄罗斯开发出电动车锂电池新型材料

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。