科学家揭开单晶高镍NMC阴极材料性能衰减机制

电动汽车锂离子电池的发展在第一代取得了显著成就，但为了进一步提升行驶里程并降低成本，对电池材料的革新显得尤为重要。尤其是电池的阴极材料，作为能量存储的核心部分，一直是研究的重点。富含镍的锂镍锰钴(NMC)氧化物是极具潜力的下一代阴极材料，因为它能提供高能量密度且减少了对昂贵且供应受限的钴的依赖。然而，这些材料在充放电循环过程中表现出性能快速衰退的问题，即便采用单晶形式也无法完全避免早期失效的现象，这让科学家们感到困惑。

为了解决这个难题，美国能源部阿贡国家实验室的研究团队采取了一种创新的方法，结合多尺度X射线衍射技术和高分辨率电子显微镜，对单晶NMC阴极材料的性能衰退机制进行了深入探究。研究在多个国家级科学设施中进行，包括阿贡的先进光子源、布鲁克海文国家实验室的国家同步加速器光源和阿贡的纳米材料中心。

研究发现，充放电过程中，单晶阴极内部的晶格会发生膨胀、旋转和收缩，这种重复的物理变形导致原子排列的有序性逐渐丧失，是性能衰退的主要原因。特别是，虽然放电能使晶格收缩回原始大小，但之前的晶格旋转却无法复原，随时间累积，最终严重影响电池性能。获取更多有价值信息 访问：https://byteclicks.com

这项研究的意义在于，它不仅揭示了高镍NMC单晶阴极失效的具体机制，还为未来设计更耐用、成本效益更高的电池材料提供了科学依据。他们的研究方法同样适用于探索其他类型电池的故障机制，有望推动整个电池技术领域的发展，加速实现成本更低、续航更远的电动汽车目标。研究人员对此新发现持乐观态度，认为这为克服当前电池技术瓶颈、实现性能突破提供了重要线索。

这项研究发表在 《科学》杂志上。