增强锂离子电池的高镍层状氧化物阴极

 
锂基电池可用于为大多数现有的电动汽车提供动力，但是它们在需要充电之前可以保持汽车行驶的时间仍然受到一定限制。将来，高镍层氧化物阴极材料将有助于增加电动汽车的续驶里程，从而能够开发出更便宜，性能更好的锂离子电池。
目前，大多数可商购的锂离子电池在其一个电极中使用了大量的钴。然而，钴是昂贵的并且本质上不是特别丰富，这显着增加了锂基电池的制造成本。
世界各地的科学家最近一直在尝试寻找可以促进这些电池广泛使用的新设计策略，因为这反过来可能会降低电动汽车的价格并增加其大规模采用的可能性。最终可以通过确定可用于锂基电池的更丰富的材料，提出新颖的成分，设计新的生产工艺并引入替代的结构设计来最终实现。
在《自然能源》上发表的一篇论文中，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员概述了高镍层氧化物阴极的一些设计考虑因素，这些阴极可在未来十年左右的时间内应用于锂基电池。他们的研究总结了在尝试最大程度地提高高镍层氧化物阴极的能量输出时通常遇到的一些挑战，同时还比较了一些新兴的设计，以创建具有零钴化学性质的锂基电池。
进行这项研究的研究人员之一Arumugam Manthiram告诉TechXplore：“随着交通运输业的电气化向前发展，钴的可获得性和可承受性可能会成为锂离子电池广泛商业化的障碍。” “因此，我们研究的关键目标是减少或消除锂离子电池电极中的钴并增加镍。”
在电极中使用镍代替钴的主要优点是价格便宜且更容易找到。而且，与具有大量钴的阴极相比，具有高镍含量的电极可实现更高的电荷存储容量，能量密度以及更长的电荷间操作时间。
然而，不幸的是，包含大量镍的层状氧化物阴极可能很难合成，同时仍保持良好的性能。在他们的研究中，Manthiram和他的同事们提出了一系列可以优化当前合成工艺的策略。
曼思拉姆说：“我们最有意义的成就是，我们能够合成锂含量高，镍含量低，钴含量低的电极材料，并具有良好的性能。” “但是，高镍含量的电极材料在暴露于空气中时很容易降解。目前，我们正在致力于稳定化它们，以在空气中实现更好的稳定性。”
Manthiram和他的同事进行的这项研究概述了许多有价值的设计考虑因素，这些考虑因素很快将使使用高镍层状氧化阴极开发更便宜，性能更好的锂基电池成为可能。研究人员还对稳定技术进行了总体评估，该技术可能会促进锂离子电池的广泛使用，帮助世界各国实现其汽车电气化目标。
Manthiram说：“我们现在专注于进一步优化我们开发的电极材料的成分和稳定性，以及扩大其规模。”