最近，韩国浦项科技大学研究小组展示了一种单晶合成技术，可以显着延长电动汽车正极材料的使用寿命。该研究结果发表在材料科学领域的国际期刊 ACS Materials & Interfaces 的网络版上。
锂（Li）二次电池通常用于电动汽车，通过锂离子在阴极和阳极之间的运动，将电能转化为化学能，并通过发电将化学能释放为电能，从而储存能量。 由于锂离子存储容量高，这些二次电池主要使用镍（Ni）阴极材料。 传统的镍基材料具有多晶形态，由许多微小晶体组成，在充电和放电过程中会发生结构退化，从而大大缩短其使用寿命。 解决这一问题的方法之一是生产 "单晶 "形式的阴极材料。 将镍基阴极材料制成单个大颗粒或 "单晶体"，可以提高其结构和化学稳定性以及耐用性。 众所周知，单晶材料在高温下合成后会变得坚硬。 然而，合成过程中硬化的确切过程以及发生硬化的具体条件仍不清楚。 为了提高电动汽车用镍阴极材料的耐用性，研究人员重点确定了合成高质量单晶材料的具体温度（称为 "临界温度"）。 他们研究了各种合成温度，以确定合成镍基阴极材料（N884）时形成单晶的最佳条件。 研究小组系统地观察了温度对材料容量和长期性能的影响。
研究人员发现，在某一临界温度以下合成的传统多晶材料，在二次电池中长期使用容易发生降解。 然而，当合成温度高于这一临界温度时，就能很容易地生产出高质量的单晶体，从而获得寿命更长的材料。 在此过程中，材料内部晶粒尺寸增大，材料内部的空隙被密集填充。 经过致密化处理的单晶体非常坚硬，在较长时间内不易降解，从而大大提高了其耐用性。 基于这些发现，研究小组证实，在临界温度以上合成单晶体是一种更有利的材料设计策略。 他们还提出了合成高质量单晶体材料的有效方法。
原文链接： Kyoung Eun Lee et al, Comparison Study of a Thermal-Driven Microstructure in a High-Ni Cathode for Lithium-Ion Batteries: Critical Calcination Temperature for Polycrystalline and Single-Crystalline Design, ACS Applied Materials & Interfaces (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c00514
