蓋世汽車訊 據外媒報道，俄羅斯Skoltech研究人員開發出一種新型陰極材料，具有超高能量密度，可用於電動汽車的鋰離子電池，以實現更長的續航里程。據悉，該材料是一種常見的富鎳層狀過渡金屬氧化物，但對微觀結構進行了調整，每單位體積可容納更多能量。

Skoltech Energy首席研究員Artem Abakumov教授評論道：“就電動汽車電池而言，陰極材料非常重要。電動汽車電池中的陰極傾向於使用層狀過渡金屬氧化物，包括富含鎳的氧化物。我們改進了兩種常用的此類材料，將能量密度提高了10%至25%，從而縮小了陰極體積。而更緊湊的電池在相同體積下具有更大的能量儲存容量，且材料退化也變得更慢。”

最初用於電池陰極的層狀氧化物的分子式為LiCoO2。在目前使用的材料中，一些鈷原子被鎳和錳原子取代。在不改變其化學成分的情況下，Skoltech研究人員透過調整材料的微觀結構組織改進了NMC811及NMC622。

傳統的NMC是粉末狀多晶材料，這意味著每個次級粒子都由隨機取向的晶粒組成。任何給定晶粒內的晶體結構幾乎是完美無缺的，但由於沒有兩個晶粒完美地結合在一起，因此在晶粒邊界處不可避免地會出現一些空白空間。多晶NMC的單晶對應物正如其名：每個粉末顆粒基本上都是一個大顆粒，其中沒有浪費的空間。這些單晶通常是八面體形的。

研究合著者、Skoltech研究科學家Aleksandra Savina表示：“我們的材料是具有球形顆粒的單晶NMC，在最大限度地提高密度方面實現兩全其美。與多晶不同，粉末顆粒沒有內部結構，因此在晶界處沒有浪費的空間。但是最重要的是，粉末可以將更多球形單晶裝入與八面體形單晶相同的有限體積中，因此也可以獲得更高的密度。”

除了更密集的堆積之外，晶體的球形形狀還減少了與電解質的接觸面積，從而最大限度地減少了由於傳統NMC顆粒中形成裂紋，而導致陰極退化的相互作用，從而從整體上延長陰極和電池的使用壽命。

為了改變層狀氧化物形態，Skoltech研究人員調整了合成工藝，即採用助焊劑方法。通常，該工藝會從具有均勻分佈的鎳、錳和鈷的前體開始，即混合氫氧化鋰或其他鋰源，並在高溫下退火。

研究合著者、Skoltech理學碩士生Alina Pavlova解釋說：“在新增含鋰化合物之後，我們還混合了一種低熔點的惰性鹽，我們將這種混合物熔化並在高溫下退火。然後將鹽洗掉並再次退火，以去除與水發生反應產生的不必要產物。工藝的關鍵取決於使用的惰性鹽和用量，粒子幾何形狀會發生變化。而使用常規合成根本無法影響粒子的形態。”

該團隊確定了促進球形顆粒形成的鹽引數。測試證實，所得材料的每單位質量的能量儲存容量與其他商品相同，但具有更高的能量密度，可以將更多的能量裝入相同的有限空間。

未來研究人員計劃對顆粒的尺寸進行試驗，將更小和更大的球體組合在一起，以獲得更緊湊的包裝。該團隊還將研究層狀過渡金屬氧化物，用鎳代替更多的鈷和錳原子，進一步提高儲能能力。