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2022-04-20
顆粒在線訊：電動(dòng)汽車（EV）中的鋰離子電池通常需要間歇運(yùn)行并長(zhǎng)時(shí)間保持在高充電狀態(tài)（SOC）。由于機(jī)械不穩(wěn)定性，富鎳正極材料的內(nèi)部顆粒容易在高SOC下暴露在電解液中，因此高活性Ni4+離子與電解液反應(yīng)的電解液暴露時(shí)間會(huì)嚴(yán)重影響正極材料的分解。近日，韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun等發(fā)現(xiàn)在具有核殼結(jié)構(gòu)的濃度梯度Li[Ni0.88Co0.10Al0.02]O2（CSG-NCA88）正極中摻雜1%的B元素可以有效改善正極顆粒微結(jié)構(gòu)并抑制電解液對(duì)顆粒內(nèi)部的侵蝕性攻擊。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員首先考察了電解液暴露時(shí)間對(duì)高荷電態(tài)高鎳正極的影響。在高荷電態(tài)下Ni離子的氧化態(tài)會(huì)升高，高反應(yīng)性的Ni4+與電解液之間的副反應(yīng)會(huì)造成微結(jié)構(gòu)的破壞。對(duì)于CSG-NCA88正極材料來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部顆粒內(nèi)表面可通過(guò)微裂紋輕易暴露于電解液中，隨著在高SOC下保持時(shí)間的增加整個(gè)二次顆粒的結(jié)構(gòu)損傷會(huì)逐漸累積。
2）相比之下，在摻硼CSG-NCAB87陰極中，其微觀結(jié)構(gòu)由具有更高縱橫比的初級(jí)粒子組成，微裂紋的形成受到抑制，從而減少了粒子內(nèi)部暴露在有害電解液中的情況。因此，即使在高荷電態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間電解液暴露后，CSG-NCAB87仍保持其原始微觀結(jié)構(gòu)。即使在45°C的高溫下，該材料也顯示出較高的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，當(dāng)正極以3.0 C的高倍率（1800次循環(huán)后為76.2%）充電時(shí)，CSG-NCAB87的容量保持率顯著提高，因?yàn)榭焖俪潆姕p少了高荷電態(tài)下的電解液暴露時(shí)間。CSG-NCA88和CSG-NCAB87正極的容量衰減曲線表明，正極退化的程度取決于高荷電態(tài)下的電解液暴露時(shí)間，微觀結(jié)構(gòu)改善可以抑制電解液暴露時(shí)間的有害影響。
文章鏈接：
Been Namkoong et al, High-Energy Ni-Rich Cathode Materials for Long-Range and Long-Life Electric Vehicles, Advanced Energy Materials, 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200615
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202200615
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