鋰電池在循環(huán)過程中，雜質(zhì)會積攢在電池富鎳陰極中。而鎳雖然是鋰電池能量密度的關(guān)鍵，但其具有不穩(wěn)定性。這就容易導致在第一次充電和放電循環(huán)期間，鎳陰極表面形成雜質(zhì)，從而反過來又使電池的存儲容量減少 10% 到 18%。
此外，鎳在陰極結(jié)構(gòu)的表面下產(chǎn)生了不穩(wěn)定性，隨著時間的推移，也會開始降低電池的存儲容量。所以鋰電池在長時間使用之后，續(xù)航能力往往會明顯下降。
作為陰極的一個候選材料，一種名為 NMC 811 的鎳錳鈷材料有很大的開發(fā)潛力。于是，紐約州立大學賓漢姆頓分校、能源部和橡樹嶺國家實驗室的研究人員對 NMC 811 進行了多項化學研究，希望其可有效抑制陰極中的不穩(wěn)定性。
研究人員通過 X 射線和中子衍射技術(shù)來探究該材料的內(nèi)在機制。結(jié)果表明，中子可輕松穿透陰極材料，揭示出鈮和鋰原子的位置，這為進一步了解鈮的改性過程提供了機會。
并且，中子散射數(shù)據(jù)顯示，鈮原子穩(wěn)定了表面，減少了第一周期的損失，而在更高的溫度下，鈮原子取代了陰極材料內(nèi)部更深的一些錳原子，提高了長期的容量保持。通過這種鎳錳鈷材料，在首次充電循環(huán)中，鋰電池容量損失明顯減少。
值得一提的是，該材料還提供了更長的使用性能，250個充電周期內(nèi)容量保持率達到 93.2%。在高密度存儲優(yōu)先應用情況下，比如在電動運輸領(lǐng)域，這一特點將會發(fā)揮較大優(yōu)勢。
此外，電化學性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性讓 NMC 811 更有機會成為候選的陰極材料，可用于更高能量密度的應用，如電動汽車。未來，將鈮涂層與用鈮原子結(jié)合，替代錳原子結(jié)合，可能是提高鋰電池初始容量和長期容量保持率的有效途徑。
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