陈根：锂电池新突破，新型涂层改善寿命

文|陈根

锂电池是目前最为广泛利用的一种电池，其具有能量密度大、自放电率低、电势差高等优点。锂离子电池已在众多领域实现了应用，如手机、电动汽车、卫星、飞船、水下机器人等。但是，锂电子并非没有缺点，其在功率密度、使用寿命等方面还有改进的空间。

锂电池在循环过程中，杂质会积攒在电池富镍阴极中。而镍虽然是锂电池能量密度的关键，但其具有不稳定性。这就容易导致在第一次充电和放电循环期间，镍阴极表面形成杂质，从而反过来又使电池的存储容量减少 10% 到 18%。

此外，镍在阴极结构的表面下产生了不稳定性，随着时间的推移，也会开始降低电池的存储容量。所以锂电池在长时间使用之后，续航能力往往会明显下降。

作为阴极的一个候选材料，一种名为 NMC 811 的镍锰钴材料有很大的开发潜力。于是，纽约州立大学宾汉姆顿分校、能源部和橡树岭国家实验室的研究人员对 NMC 811 进行了多项化学研究，希望其可有效抑制阴极中的不稳定性。

研究人员通过 X 射线和中子衍射技术来探究该材料的内在机制。结果表明，中子可轻松穿透阴极材料，揭示出铌和锂原子的位置，这为进一步了解铌的改性过程提供了机会。

并且，中子散射数据显示，铌原子稳定了表面，减少了第一周期的损失，而在更高的温度下，铌原子取代了阴极材料内部更深的一些锰原子，提高了长期的容量保持。通过这种镍锰钴材料，在首次充电循环中，锂电池容量损失明显减少。

值得一提的是，该材料还提供了更长的使用性能，250个充电周期内容量保持率达到 93.2%。在高密度存储优先应用情况下，比如在电动运输领域，这一特点将会发挥较大优势。

此外，电化学性能和结构稳定性让 NMC 811 更有机会成为候选的阴极材料，可用于更高能量密度的应用，如电动汽车。未来，将铌涂层与用铌原子结合，替代锰原子结合，可能是提高锂电池初始容量和长期容量保持率的有效途径。