ACS Energy Letters：869 Wh/kg高比能正极，12分钟充满电！

电动汽车（EV）市场的不断扩大，推动了对使用富镍正极的高能量密度电池的需求。然而，富镍正极在极端快充（XFC）条件下的运行会损害其结构的完整性，从而导致容量迅速下降；实现富镍正极在XFC条件下的可操作性，同时最大限度地提高能量密度和长期循环性能是一个挑战。

韩国汉阳大学Chong Seung Yoon、Yang-Kook Sun等研究了快速充电对Li[Ni_0.92Co_0.06Al_0.01Nb_0.01]O₂（Nb-NCA93）正极的影响，其能量密度高达869 Wh kg^-1。

图1. NCA93正极在半电池中的性能

具体而言，作者首先通过透射电子显微镜（TEM）彻底研究了快速充电对富镍NCA93结构的影响，然后采用试错法，通过向NCA93正极引入不同的离子，实现了具有有利于XFC的精细微结构的正极。

研究发现，NCA93正极是一种富含镍的层状正极，由于充电后正极中残余锂的不均匀分布，即使在第一次充电时，它也会受到不可逆的机械损伤。粒子细化，即通过引入1摩尔%的Nb，将初级粒子尺寸减少到纳米级，可有效地解决快速充电带来的挑战。

图2. NCA93、B-NCA93和Nb-NCA93正极的快充性能

研究显示，在充电结束时，由突然的晶格收缩引起的内部应力被许多初级粒子的边界所抵消，这些边界使传播中的裂缝发生偏转，使次级粒子断裂增韧。

此外，锂离子的迁移也通过众多的颗粒间边界的短路扩散而得到加速。由此产生的全电池可在12分钟内达到满电，并在1000次循环后保持其初始容量的85.3%（以全深度放电循环）。此外，Nb-NCA93正极由于其独特的微观结构，在XFC条件下产生的热量有限。

图3. 充电后Nb-NCA93正极的机械稳定性和电导率

High-Energy-Density Li-Ion Battery Reaching Full Charge in 12 min. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02032

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​ACS Energy Letters：869 Wh/kg高比能正极，12分钟充满电！