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研究開發(fā)高鎳層狀氧化物正極材料 加快EV充電速度
時(shí)間:2023-06-12 09:10來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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采用高鎳層狀氧化物正極材料，或使電動汽車電池充電更快、續(xù)航更遠(yuǎn)、更耐用。據(jù)外媒報(bào)道，由愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室（Idaho National Laboratory）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，由一種名為NMC811（80%鎳、10%錳、10%鈷）的富鎳材料制成的正極壽命更長，性能更好。NMC811算不上獨(dú)特的新化學(xué)物質(zhì)，但可以提供更好的性能，關(guān)鍵在于了解其屬性。
（圖片來源：愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室）
現(xiàn)在，電池行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向含鎳量更高的正極，因此需要全面了解材料在極快速充電過程中的降解過程。
該團(tuán)隊(duì)詳細(xì)描述了NMC811在不同快速充電條件下的老化行為，最極端的情況相當(dāng)于行駛超過20萬英里。研究人員將NMC811的性能與NMC532（50%鎳、30%錳、20%鈷）進(jìn)行比較，NMC532是五年前這項(xiàng)研究開始時(shí)使用更廣泛的電池材料。
在不同的快充速率下，該團(tuán)隊(duì)使用了一系列電化學(xué)技術(shù)來評估電量在35%到100%之間的電池電芯。研究集中于失效機(jī)制，包括顆粒在循環(huán)過程中如何機(jī)械斷裂。為了解在不同循環(huán)條件下發(fā)生的破裂程度，研究人員利用先進(jìn)的掃描電子顯微鏡技術(shù)來檢測顆粒結(jié)構(gòu)。
比較這兩種正極材料，讓研究人員驚訝的是，NMC811表現(xiàn)出更嚴(yán)重的表面下降解，但其循環(huán)壽命性能優(yōu)于NMC532。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這要?dú)w因于NMC811中的分子排列方式可以創(chuàng)建更自由的鋰離子途徑。NMC811還具有比NMC532更高的電導(dǎo)率和離子導(dǎo)電性，從而使電池在反復(fù)使用期間可以容納更高的電荷量。
此外，NMC811表現(xiàn)出較慢的阻抗增長。阻抗是衡量內(nèi)阻的一種方法，十分重要。因?yàn)楦唠娮钑䦟?dǎo)致電池發(fā)熱，降低電壓，減少電池容量，直至無法使用。具有低阻抗的電池可根據(jù)需要提供高電流。
總的來說，NMC811表現(xiàn)出更高的比能（一個(gè)電池在一次放電循環(huán)中獲得的電能除以單個(gè)電池質(zhì)量），并且比低鎳含量材料具有更好的導(dǎo)電性。另外，鈷的數(shù)量有限且成本較高，NMC811的鈷含量較低，可以降低成本。研究負(fù)責(zé)人Tanvir Tanim表示：“一些汽車制造商已經(jīng)開始在正極上使用NMC811。因此，這項(xiàng)研究尤為重要。”
研究人員指出，未來工作的重點(diǎn)在于晶粒取向和結(jié)構(gòu)對單顆粒性能產(chǎn)生的復(fù)雜影響。總之，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，對電動汽車電池來說，采用由NMC811制成的正極可能是更好的選擇，可以實(shí)現(xiàn)10-15分鐘充電。“NMC811有助于更靈活地優(yōu)化電池，以提供高能量和功率。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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