为了增加续航里程，电动汽车电池通常采用高镍正极材料。然而，高镍含量存在一个关键缺陷：电池性能在充放电过程中会迅速下降。目前已确定其主要原因是内部结构畸变，这种畸变会产生“氧空穴”，从而缩短电池寿命——类似于弯曲的柱子会造成建筑物墙体开裂。
浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology，POSTECH）电池工程系（铁基与生态材料技术研究所）和材料科学与工程系的Kyu-Young Park教授领导的研究团队证实，这种结构畸变会产生“双氧配体空穴”（简称“氧空穴”），从而缩短电池寿命。
图片来源： POSTECH
添加铝可延长电池寿命
据外媒报道，该研究团队发现，在正极中添加少量铝（Al）可显著延长电池寿命，因为它能防止这些孔洞的形成。该研究已在线发表于期刊《Advanced Functional Materials》。
目前，电动汽车电池中镍含量的增加已成为一种趋势，旨在存储更多能量。然而，虽然增加镍含量可以提高能量密度，但也会导致电池容量在反复充放电循环后迅速衰减。
研究团队从理论上揭示了电池容量衰减的根本机制：晶格结构畸变，这种畸变在充放电过程中自然发生。当晶格结构发生畸变时，氧原子中会形成大量的氧空穴，导致晶格氧不稳定，从而缩短电池寿命。
通过用少量铝替代镍，研究团队成功抑制了氧空穴的形成。铝通过改善氧原子周围的电子环境来稳定晶格结构。实验证实，这种方法能够显著延长电池寿命。
对电池技术和安全的影响
这项研究意义重大，它从原子层面揭示了高镍正极材料性能衰减的原因，并提出了一种同时提升能量密度和使用寿命的策略。该研究被视为一项能够增强电动汽车电池性能和安全性的核心技术。
“这项研究揭示了电动汽车高镍正极材料中由结构畸变引起的容量衰减，将有助于拓展下一代高性能电池的设计可能性，”领导这项研究的Kyu-Young Park教授表示。“这项成果提供了一种关键策略，不仅可以延长电池寿命，还可以缓解高镍正极材料面临的关键问题——热失控。我们预计它将对整个可充电电池行业产生重大影响。”
