EV电池容量和寿命有望突破吗？剑桥科学家发现成绩下降的新秘密
过去人们认为，电池材料中锂离子存储的机制对于每个活性颗粒都是一致的。然而，剑桥大学领导的研究发现，在充放电循环过程中，锂的储存不均匀。
当电池放电周期接近尾声时，活性颗粒的表面锂饱和，而核心锂缺乏。这将导致容量降低和可重复使用锂的损失。这项研究可能有助于现有电池材料的进步，并加速下一代电池的发明。该研究成果近日发表在《焦耳》杂志上。
为了向零碳经济转型，发展电动汽车非常重要。锂离子电池由于其巨大的能量密度，为目前道路上的大多数电动汽车提供动力。但是，随着电动汽车的使用越来越多，需要改进现有的电池材料，并发现新的材料，以获得更长的续航里程和更快的充电时间。
这些材料中最有前景的是最先进的阴极材料，称为层状富镍氧化锂，广泛应用于先进的电动汽车。然而，它们的工作机制，特别是锂离子在实际工作条件下的传输，以及这与电化学性能之间的关系还不完全清楚，所以我们不能从这些材料中获得最大的性能。
在最新的研究中，通过在显微镜下跟踪电池运行过程中光与活性粒子的相互作用，剑桥大学的研究人员观察到，富镍锰钴氧化物(NMC)在充放电循环过程中的储锂量存在明显差异。
“这是第一次在单个粒子中直接观察到锂储存的不均匀性，”来自剑桥大学Youssef Hamid化学系的第一作者AliceMerryweather说。“像我们这样的实时技术对于在电池循环期间捕捉这种情况非常重要。”
结合实验观察和计算机建模，研究人员发现，这种不均匀性源于NMC在充放电循环过程中锂离子扩散速率的剧烈变化。具体来说，锂离子在完全锂化的NMC颗粒中扩散缓慢，但一旦从这些颗粒中提取出一些锂离子，扩散将显著增强。
更重要的是，在放电结束时看到的锂的不均匀性决定了富镍正极材料通常在第一次充放电循环后损失约10%容量的原因之一。研究人员说:“这很重要，因为确定电池是否应该退役的行业标准是它已经失去了大约20%的容量。”
通过这项最新的研究，科学家将有望寻求新的方法来提高这些有前途的电池材料的实际能量密度和寿命。