新能源车使用的锂离子动力电池很容易造吗？为啥很多车企都要自己造，而且宣称的量产时间都只需要2，3年？

科学家们展示了一种新的电极设计，这种设计能够显著提升电动汽车的续航里程。在电动汽车电池领域，正极材料是关键的技术瓶颈。研究人员通过改进两种常用的正极材料，实现了能量密度的10%-25%提升，这不仅意味着可以制造出体积更小、更紧凑的电池，而且在相同体积下能够存储更多的能量。此外，这种新材料的变质速度也较慢，有助于延长电池的使用寿命。Skoltech的研究人员开发了一种新型的锂离子电池正极材料，这种材料具有超高的能量密度，能够在一次充电后提供更长的行驶里程。这种材料已经在能源进步杂志上发表，并在Rospatent获得了专利。它是一种经过微观结构优化的富镍层状过渡金属氧化物，能够在单位体积内包含更多的能量。研究团队专注于电池的阴极，这是锂离子电池中的关键组成部分。他们通过调整合成程序，改变了两种常见NMC材料的构型，使得球形颗粒能够在八面体形颗粒上形成。这种球形颗粒的单晶NMC材料在最大化密度方面具有优势，因为它没有内部结构，减少了晶界处的空隙，并且能够在有限体积内包装更多的球形单晶，从而提高了能量密度。研究人员还指出，球形颗粒的形状减少了与电解质接触的面积，这有助于减少因裂纹形成而导致的阴极降解，进一步延长了电池的使用寿命。他们通过调整合成过程，使用了所谓的通量法，通过添加惰性盐来改变颗粒的几何形状。未来的研究计划包括实验不同尺寸的颗粒，以及探索用镍取代更多的钴和锰原子，以进一步提高储能能力。这项研究得到了俄罗斯科学基金会的支持。

科学家们已经展示了一种新的电极设计，可以在每次充电沉积照片上推动电动汽车走得更远

“就电动汽车电池而言，正极材料是一个重要的瓶颈，”首席研究员ArtemAbakumov教授说。“为电动汽车供电的电池中的阴极倾向于使用分层的过渡金属氧化物，包括富含镍的氧化物。我们改进了两种常用的材料，实现了能量密度增加10%-25%。这意味着更小的阴极，更紧凑的电池，因此在相同体积下具有更大的能量存储容量。作为额外的好处，材料变质的速度较慢。

Skoltech的研究人员开发了一种用于为电动汽车提供动力的锂离子电池的新型材料。凭借其超高的能量密度，这种新型正极材料一次充电即可实现更长的行驶里程。该材料在能源进步杂志上报道，并在Rospatent获得专利，是一种熟悉的富镍层状过渡金属氧化物，但微观结构发生了变化，每单位体积包含更多的能量。

这项工作由斯科尔科沃科学技术研究所的科学家进行，重点是电池的两个电极之一，称为阴极。在许多锂离子电池中，该电极由层状过渡金属氧化物制成，称为NMC，其中富含镍并由八面体形颗粒组成。

这意味着当其中两个粒子聚集在一起时，边界处不可避免地存在空白空间，因为没有一个可以无缝地组合在一起。科学家们能够通过调整合成程序来改变两种常见NMC的构型，仔细地整合惰性盐以促进球形颗粒在八面体形颗粒上的形成。

“我们的材料是具有球形颗粒的单晶NMC，在最大化密度方面结合了两全其美的优势，”该研究的共同作者AleksandraSavina解释说。与多晶不同，粉末颗粒没有内部结构，因此在晶界处没有浪费的空间。但最重要的是，你也可以将更多的球形单晶包装到与八面体形状的相同有限体积中，所以你也可以在这个基础上获得更多的密度。

构成有前途的新电池电极的球形颗粒的微观图像

这些不同放大倍率下的扫描电子显微镜图像揭示了NMC622粉末颗粒的球状形态，NMC622是Skoltech研究人员在研究中合成的两种材料之一。为了更好的能见度，图像中颗粒相对稀疏，但它们的球形形态意味着在实际的电池中，它们可以比传统的八面体形颗粒在更大程度上被压实，因此材料将提供每单位体积更多的能量密度，使其使用的电池小型化。

“就电动汽车电池而言，正极材料是一个重要的瓶颈，”来自斯科尔特能源公司的首席研究员ArtemAbakumov教授评论道。“为电动汽车供电的电池中的阴极倾向于使用分层的过渡金属氧化物，包括富含镍的氧化物。我们改进了两种常用的材料，实现了能量密度增加10%-25%。这意味着更小的阴极，更紧凑的电池，因此在相同体积下具有更大的能量存储容量。作为额外的好处，材料变质的速度较慢。

最初用于电池阴极的层状氧化物的化学式为LiCoO2。在目前使用的材料中，一些钴原子被镍和锰取代。这些材料以NMC811等技术名称而闻名，其中数字反映了化学式中三种元素之间的比例-例如，每一个锰原子和一个钴原子八个镍原子。在不改变其化学成分的情况下，Skoltech研究人员通过调整材料的微观结构组织来改进NMC811及其表亲NMC622。

传统的NMC是粉末状多晶材料，这意味着每个次级颗粒都由随机取向的颗粒组成。任何给定晶粒内的晶体结构几乎都是完美的，但由于没有两个晶粒完全配合在一起，因此在晶界处不可避免地会出现一些空隙。多晶NMC的单晶对应物就是这个名字所说的：每个粉末颗粒基本上都是一个大颗粒，其中没有浪费的空间。这些单晶通常是八面体形的。

“我们的材料是具有球形颗粒的单晶NMC，在最大化密度方面结合了两全其美的优势。与多晶不同，粉末颗粒没有内部结构，因此在晶界处没有浪费的空间。但最重要的是，你也可以将更多的球形单晶包装到与八面体形状的相同有限体积中，所以你也在这个基础上获得更多的密度，“研究合著者Skoltech研究科学家AleksandraSavina说。

除了更致密的填料外，晶体的球形形状还减少了与电解质接触的面积，最大限度地减少了由于传统NMC颗粒中裂纹形成而导致阴极降解的不必要相互作用。这应该可以延长阴极和电池的整体使用寿命。

为了改变层状氧化物的形态，Skoltech的研究人员调整了合成过程，该过程依赖于所谓的通量法。

通常，您从具有均匀分布的镍，锰和钴的前体开始。您将氢氧化锂或其他锂源混合，并在高温下退火。

“我们所做的是在加入含锂化合物后，我们还混合了具有低熔点的惰性盐，我们将混合物熔化并在高温下退火。然后，我们洗去盐并再次退火，以除去产品与水的任何不需要的反应。但关键是，根据使用哪种惰性盐和多少量，颗粒几何形状会发生变化。另一方面，使用常规合成，你真的无能为力，“该研究的共同作者和Skoltech硕士学生AlinaPavlova解释说。

该团队确定了促进球形颗粒形成的盐参数。测试证实，所得材料每单位质量的能量存储容量与商业类似物相同，但具有更高的能量密度，从而能够在相同的有限空间中填充更多的功率。

当被问及他们未来的计划时，研究人员表示，他们打算用颗粒尺寸进行实验，将更小和更大的球体结合起来，以获得更密集的填料。该团队还将追求分层过渡金属氧化物，用镍取代更多的钴和锰原子，进一步提高储能能力。

这个故事中报道的研究得到了俄罗斯科学基金会的支持。

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