研究人员发现电动汽车电池的新降解机制

哪怕是最先进的“富镍”电池材料，在长时间使用后也会出现疲劳，无法再充满电。据外媒报道，剑桥大学、利物浦大学和“钻石光源”研究所(Diamond Light Source)的研究人员，找到其中的原因之一，为开发提高电池寿命的新策略打开了大门。

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为了应对气候变化，许多国家已宣布，要在2050年以前用电动汽车取代汽油或柴油动力汽车。未来，在电动汽车市场上，锂离子电池可能占据主导地位。对这些电池来说，目前最先进的正极材料是富镍锂过渡金属氧化物（nickel-rich lithium transition-metal oxides）。目前，大多数电动汽车电池的正极材料中都含有大量的钴。钴的放射性强，会引起严重的环境污染，研究人员尝试用更加实用的镍来代替钴。然而，就目前的技术水平而言，富镍材料的降解速度较快，为了在电动汽车等领域实现商业化应用，需要进一步提升技术。

为了实时监测电池材料的变化，研究人员利用激光技术设计出一种新的硬币电池，也称为纽扣电池。主要研究人员、剑桥大学化学系的 Dr Chao Xu表示：“这种设计提供了一种新可能性，可以研究多种电池化学物质在长时间循环过程中的降解机制。”在研究过程中，研究人员发现，电池经过反复充放电后，部分正极材料会变得疲劳，并且随着循环次数的增加，疲劳材料的数量也会不断增加。

研究人员从原子层面深入研究这些材料的结构，以探讨电池疲劳的真正原因。“为了充分发挥功能，电池材料需要随着锂离子的出入而膨胀和收缩。经过长时间使用，我们发现材料表面的原子会重新排列，形成新的结构，无法再存储能量。” 更糟糕的是，这些表面重建区域，显然充当了钉住其余材料的木桩，并阻止其收缩，使电池达不到完全充电状态。其结果是锂被卡在晶格中，而这种疲劳材料可以容纳的电荷较少。

这项研究由剑桥大学化学系的Clare P Grey教授领导，并得到法拉第研究所退化项目的支持。在这些发现的基础上，研究人员正在寻找有效的对策，比如保护性涂层和功能性电解质添加剂，以减缓降解过程，延长电池寿命。