韩国研究人员提出新材料设计策略成功减少下一代电动汽车电池的残留锂

盖世汽车讯 据外媒报道，韩国研究人员提出了一种新的材料设计策略，可以显著降低残留锂含量。这一策略解决了高镍正极材料电池的关键部件)长期以来的一个难题，成功重新识别了残留锂化合物的位置，而残留锂化合物长期以来一直被认为是高镍正极材料中的一个顽固问题。

该论文发表在期刊《Journal of Materials Chemistry A》。研究团队成员包括来自韩国能源技术研究院蔚山先进能源技术研发中心(Ulsan Advanced Energy Technology Ramp;D Center)的Wooyoung Jin和Hyungyeon Cha。

高镍正极材料是电动汽车及其他应用领域中使用的新一代锂离子电池的核心部件。随着正极中镍含量的增加，电池的能量密度也随之提升，从而延长电动汽车的续航里程。高镍正极材料的镍含量高达80%，正成为未来电动汽车电池市场的关键技术。

然而，随着镍含量的增加，正极材料表面容易形成过多的残留锂化合物。这会导致一种称为凝胶化的现象，即电极浆料硬化成凝胶状。

该研究团队取得突破性进展，首次证实高镍正极材料中残留锂不仅存在于表面，也存在于其内部颗粒之间，这挑战了传统的假设。这一发现揭示了被忽视的正极内部结构在电池性能下降和寿命缩短中起着至关重要的作用。基于此，团队提出了一种新的材料设计策略，旨在从根本上抑制残留锂的形成。

研究团队利用高分辨率电子显微镜、氮吸附分析和电子能量损失谱等先进的分析技术，对正极材料进行了详细的研究。他们发现，残留锂化合物以晶体形式存在于颗粒间的晶粒间孔隙中，并证实这是导致电池性能下降的主要原因之一。

基于这些发现，研究人员提出使用单晶结构的高镍正极材料来抑制正极内部残留锂的形成。由于单晶结构在一次粒子之间几乎没有或完全没有晶界，因此可以防止粒子间间隙的形成，从而有效地消除了残留锂化合物可能结晶的空间。

研究团队报告称，与传统正极相比，使用单晶高镍正极材料可将残留锂含量降低高达54%。这一显著的降低使业界和学术界更接近实现将残留锂化合物保持在2,000 ppm以下的目标。

研究团队负责人Jin博士和Cha博士表示:“这项研究标志着我们首次突破表面层面的分析方法，深入探究正极颗粒内部结构中的残留锂问题。这代表着我们理解高镍正极的结构稳定性和性能衰减机制的关键转折点。我们相信，这些见解应用于正极材料设计和加工后，将在推动高能量密度锂离子电池的开发和商业化方面发挥重要作用。”