韩国研究人员开发单晶合成技术 可提高锂二次电池的耐久性

盖世汽车讯 据外媒报道，韩国浦项科技大学（POSTECH）的研究团队开发出单晶合成技术，可显著延长电动汽车阴极材料的使用寿命。这项研究成果已发表在材料科学领域的国际期刊《ACS Materials & Interfaces》网络版上。

图片来源：POSTECH

电动汽车常用的锂（Li）二次电池通过将电能转换为化学能来储存能量，并通过锂离子在阴极和阳极之间的运动将化学能释放为电能来发电。这些二次电池主要使用镍（Ni）阴极材料，因为它们具有较高的锂离子存储容量。传统的镍基材料具有多晶形态，由许多微小晶体组成，在充电和放电过程中会发生结构降解，从而显著缩短其使用寿命。

解决这一问题的一种方法是以“单晶”形式生产阴极材料。将镍基阴极材料制成单个大颗粒，即“单晶”，可以增强其结构和化学稳定性及耐久性。众所周知，单晶材料在高温下合成会变得坚硬。然而，合成过程中硬化的确切过程以及发生硬化的具体条件仍不清楚。

为了提高电动汽车镍阴极材料的耐久性，研究人员重点确定了能够合成高质量单晶材料的特定温度，即“临界温度（critical temperature）”。研究人员研究了各种合成温度，以确定合成镍基阴极材料（N884）时形成单晶的最佳条件。该研究团队系统地观察了温度对材料容量和长期性能的影响。

研究人员发现，在特定临界温度以下合成的传统多晶材料在二次电池中长期使用容易发生降解。然而，当合成温度高于这一临界温度时，就能很容易地生产出高质量的单晶，从而获得寿命更长的材料。这是由于在超过一定临界温度时会发生一种称为“致密化（densification）”的过程。

在这一过程中，材料的内部晶粒尺寸增大，材料内的空隙被密集填充。致密的单晶非常坚硬，长时间不易降解，从而显著提高了其耐久性。基于这些发现，该研究团队证实，在临界温度以上合成单晶是一种更有利的材料设计策略。研究人员还提出了一种合成高质量单晶材料的有效方法。

该研究团队由浦项科技大学黑色金属与生态材料技术研究生院（Graduate Institute of Ferrous & Eco Materials Technology）、材料科学与工程系（Department of Materials Science and Engineering）的Kyu Young Park教授、博士生Kyoung Eun Lee和黑色金属与生态材料技术研究生院的校友Yura Kim领导，并与浦项制铁（POSCO Holdings）N.EX.T Hub合作。

浦项科技大学Park教授表示：“我们推出了一种新的合成策略，以提高镍基阴极材料的耐久性。我们将继续研究，使电动汽车的二次电池更便宜、更快，且更持久。”