陳根：研究開發新技術，或可提高鋰電池壽命_風聞

文|陳根

鋰電池是目前最為廣泛利用的一種電池，其具有能量密度大、自放電率低、電勢差高等優點。鋰離子電池已在眾多領域實現了應用，如手機、電動汽車、衞星、飛船、水下機器人等。但是，鋰電子並非沒有缺點，其在功率密度、使用壽命等方面還有改進的空間。

鋰電池在循環過程中，雜質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鍵，但其具有不穩定性。這就容易導致在第一次充電和放電循環期間，鎳陰極表面形成雜質，從而反過來又使電池的存儲容量減少 10% 到 18%。

此外，鎳在陰極結構的表面下產生了不穩定性，隨着時間的推移，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後，續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潛力。於是，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定性。

研究人員通過 X 射線和中子衍射技術來探究該材料的內在機制。結果表明，中子可輕鬆穿透陰極材料，揭示出鈮和鋰原子的位置，這為進一步瞭解鈮的改性過程提供了機會。

並且，中子散射數據顯示，鈮原子穩定了表面，減少了第一週期的損失，而在更高的温度下，鈮原子取代了陰極材料內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個充電週期內容量保持率達到 93.2%。在高密度存儲優先應用情況下，比如在電動運輸領域，這一特點將會發揮較大優勢。

此外，電化學性能和結構穩定性讓 NMC 811 更有機會成為候選的陰極材料，可用於更高能量密度的應用，如電動汽車。未來，將鈮塗層與用鈮原子結合，替代錳原子結合，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。