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?ACS Energy Letters：869 Wh/kg高比能正極，12分鐘充滿電！

電動(dòng)汽車（EV）市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，推動(dòng)了對(duì)使用富鎳正極的高能量密度電池的需求。然而，富鎳正極在極端快充（XFC）條件下的運(yùn)行會(huì)損害其結(jié)構(gòu)的完整性，從而導(dǎo)致容量迅速下降；實(shí)現(xiàn)富鎳正極在XFC條件下的可操作性，同時(shí)最大限度地提高能量密度和長(zhǎng)期循環(huán)性能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Chong Seung Yoon、Yang-Kook Sun等研究了快速充電對(duì)Li[Ni_0.92Co_0.06Al_0.01Nb_0.01]O₂（Nb-NCA93）正極的影響，其能量密度高達(dá)869 Wh kg^-1。

圖1. NCA93正極在半電池中的性能

具體而言，作者首先通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）徹底研究了快速充電對(duì)富鎳NCA93結(jié)構(gòu)的影響，然后采用試錯(cuò)法，通過(guò)向NCA93正極引入不同的離子，實(shí)現(xiàn)了具有有利于XFC的精細(xì)微結(jié)構(gòu)的正極。

研究發(fā)現(xiàn)，NCA93正極是一種富含鎳的層狀正極，由于充電后正極中殘余鋰的不均勻分布，即使在第一次充電時(shí)，它也會(huì)受到不可逆的機(jī)械損傷。粒子細(xì)化，即通過(guò)引入1摩爾%的Nb，將初級(jí)粒子尺寸減少到納米級(jí)，可有效地解決快速充電帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

圖2. NCA93、B-NCA93和Nb-NCA93正極的快充性能

研究顯示，在充電結(jié)束時(shí)，由突然的晶格收縮引起的內(nèi)部應(yīng)力被許多初級(jí)粒子的邊界所抵消，這些邊界使傳播中的裂縫發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使次級(jí)粒子斷裂增韌。

此外，鋰離子的遷移也通過(guò)眾多的顆粒間邊界的短路擴(kuò)散而得到加速。由此產(chǎn)生的全電池可在12分鐘內(nèi)達(dá)到滿電，并在1000次循環(huán)后保持其初始容量的85.3%（以全深度放電循環(huán)）。此外，Nb-NCA93正極由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，在XFC條件下產(chǎn)生的熱量有限。

圖3. 充電后Nb-NCA93正極的機(jī)械穩(wěn)定性和電導(dǎo)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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