研究：空气暴露会加速富含镍的电池老化

韩国汉阳大学的研究人员发现了无钴高镍正极材料中一种此前被忽视的老化机制。他们的研究结果表明，仅将前驱体材料置于空气中就会引发化学变化，从而显著缩短电池的使用寿命。

研究人员重点研究了以镍为核心、锰为涂层的无钴正极材料。这类材料被视为在减少对关键原材料钴的依赖的同时提升电动汽车续航里程的有效途径。然而，该团队发现，仅将前驱体材料存放在空气中就会引发化学变化，加速电池老化。

根据这项研究，将前驱体材料储存在空气中会导致颗粒表面的锰发生氧化。这种氧化会形成含有所谓詹恩-泰勒畸变锰物种的缺陷表面区域。这些物种与电解质发生剧烈反应，加速过渡金属的溶解，并在石墨阳极引发有害反应。在所研究的富镍电池系统中，研究人员发现这种效应使得长期循环测试中的容量损失几乎增加了一倍。

“我们发现，通常用于保护高镍正极的富锰层，如果不对前驱体化学性质进行严格控制，反而可能成为导致电池性能下降的催化剂，”邦教授解释道，“即使前驱体储存条件有微小变化，也会显著影响电池的稳定性。”

作为一种潜在的解决方案，研究人员建议在合成过程中增加锂的含量。研究表明，这种方法能够抑制缺陷表面相的形成，并恢复稳定的锰氧键。在测试中，采用该方法制备的负极保持了90%以上的容量，显示出显著提升的长期稳定性。

研究团队认为，这些发现为开发无钴高能量电极提供了重要启示。他们强调，仅仅去除钴是不够的。“我们的研究结果表明，前驱体来源的细微差异都可能对电池性能产生重大影响，因此前驱体管理是大规模生产中必须考虑的重要因素，”邦教授补充道。

据研究人员称，通过严格控制材料处理和锂的化学计量比，可以较为简便地实现更耐用的电池，而无需采用成本高昂的额外涂层或对生产线进行根本性改造。

为便于理解，该研究并未探讨目前大多数电动汽车所使用的LFP和NMC电池。相反，它着眼于那些无钴、高镍且具有富锰保护层的正极材料，这类材料被视为现有高镍锂离子电池的潜在替代品。因此，这些研究结果为未来牵引电池的研发提供了参考，表明其长期耐用性不仅取决于电池的化学成分，还依赖于对制造工艺的严格控制。