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研究人员开发掺硼正极提升电池能量密度

发布时间:2020-04-09 11:49:45 来源: 作者:



图源:materialstoday

推广使用电动汽车,可以减少碳排放以及对化石燃料的依赖。但是,电动汽车的续航里程有限,而且成本高,让很多潜在买家望而却步。韩国汉阳大学Hanyang University的Yang-Kook Sun表示:“改进锂离子电池,提供更高的能量和功率密度,并且延长使用寿命,是电动汽车在商业上取得成功的一大需求。”

据外媒报道,Sun与劳伦斯伯克利国家实验室Lawrence Berkeley National Laboratory、德国尤里希研究所Forschungszentrum Jülich的研究人员,合作开发了新型富镍层状LiMO2正极,不仅能提供高能量密度,而且可以延长电池寿命。他指出:“层状正极已成为EV锂离子电池的标准正极,通常情况下,其容量续航里程与循环稳定性电池寿命之间存在平衡关系。”

目前,为了保持稳定,电动汽车使用的富镍锂镍钴铝氧化物NCA正极,在循环过程中只能实现部分放电约60%,比如特斯拉S/X/3等车型的电池正极。不仅降低了能量密度,还增加电池的负担,提高电动汽车的总成本。在深度带电状态下,可能形成微裂纹,如果任其发展至表面,电解质会渗入其中,导致不必要的“寄生”反应,使内部表面退化,最终发生故障。

研究人员发现,通过调整正极微结构,可以解决这一问题。在富镍NCA正极中加入少量的硼,可使其微结构发生显著变化,由球形颗粒转变为中心向外辐射的细长棒状结构。在反复充电过程中,这些晶体几乎没出现任何微裂纹,即使有一点裂纹,也不会发展至表面。结果表明,经过1000次循环后,掺硼正极保留了超过80%的初始容量,相比之下,未掺硼NCA仅余49%的初始容量。

Sun指出:“人们用过很多方法来克服富镍层状正极的缺点,其中大多数集中在简单的添加物质和涂层上。我们从不同角度解决问题。为了改善正极材料的结构和力学稳定性,我们尝试调整正极材料的微结构,如粒子的尺寸、形状和晶体结构等。”

研究人员认为,通过在NCA正极中加入硼,再结合其他稳定策略如防护涂层,可以提升电池能量密度和稳定性,使电动汽车单次充电续航里程突破300英里。

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