開發(fā)一種充電速度與給汽車加滿汽油一樣快的電動汽車電池的關鍵在于其材料。

高鎳層狀氧化物陰極材料有可能使電動汽車電池充電更快、續(xù)航更遠、續(xù)航時間更長。現在，由愛達荷國家實驗室領導的一組研究人員了解到，由名為NMC811(80%鎳、10%錳、10%鈷)的富鎳材料制成的陰極可以保持更長的壽命和更好的性能。雖然它不是一種獨特的新化學物質，但NMC811可以提供一條獲得更好性能的途徑。了解它的屬性將是關鍵。

世界正處于電動汽車的轉折點。2022年，美國人購買的新車中有5.8%是電動汽車，高于2021年的3.2%，電動汽車總銷量首次突破80萬輛。但困擾該行業(yè)的一個挑戰(zhàn)是開發(fā)一種可以在10到15分鐘內反復充電的電池。極端快速充電給電池的每個組件都帶來了巨大壓力，化學、材料和電極工程方面的差異可能會對性能產生重大影響。

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鋰離子電池通過將離子通過其電解質從陰極移動到陽極來提供能量。雖然研究人員開始更好地了解陽極上的鋰電鍍，但他們對極端快速充電對陰極的影響知之甚少?，F在，由TanvirTanim領導的INL研究人員在2022年6月號的AdvancedEnergyMaterials上發(fā)表了一篇文章《全面了解極端快速充電對高鎳NMC陰極的老化影響》。這篇文章解釋說，隨著電池行業(yè)轉向鎳含量更高的陰極，我們需要全面了解材料在極端快速充電過程中可能會如何降解。

該團隊的研究詳細描述了NMC811在不同快速充電條件下的老化行為，最極端的情況相當于超過200,000英里的行駛里程。該論文將NMC811的性能與NMC532(50%鎳、30%錳、20%鈷)進行了比較，NMC532是五年多前開始研究時電池中更主要的材料。

在不同的快速充電速率下，INL領導的團隊使用一系列電化學技術來評估充電35%至100%的電池單元。這些研究的重點是失效機制，包括顆粒在循環(huán)過程中如何機械斷裂。為了了解在不同的循環(huán)條件下發(fā)生了多少裂紋，研究人員使用先進的掃描電子顯微鏡技術來檢查顆粒的結構。

Tanim表示，比較這兩種正極材料，他們感到驚訝的是，盡管NMC811顯示出更大的亞表面降解，但它顯示出優(yōu)于NMC532的循環(huán)壽命性能。他將此部分歸因于NMC811中的分子排列方式可以創(chuàng)造更自由的鋰離子通路。NMC811還具有比NMC532更高的電導率和離子電導率，提高了電池在重復使用時可以保持的電量。

此外，NMC811表現出較慢的阻抗增長。阻抗是內阻的量度，它很重要，因為高電阻會導致電池升溫，從而降低電壓并降低電池容量，直至無法使用。低阻抗電池可按需提供高電流。

總的來說，與鎳含量較低的品種相比，NMC811顯示出更高的比能——在一個放電周期中可以從電池獲得的電能除以單個電池的質量——以及更好的導電性。由于鈷的數量有限且價格昂貴，NMC811較低的鈷含量也意味著成本較低。

在國家實驗室完成的研究交給美國能源部，與科學界、電池開發(fā)商和汽車行業(yè)共享?！耙恍┢囍圃焐桃呀涢_始在陰極上使用NMC811，這使得這項研究尤為重要，”Tanim說。

Tanim表示，晶粒取向和結構對單粒子性能的復雜影響將是未來工作的重點。然而，總的來說，研究團隊得出結論，由NMC811制成的陰極可能更適合可在10到15分鐘內充電的電動汽車電池?！癗MC811將為優(yōu)化高能和功率電池提供更大的靈活性，”該論文稱。

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