研究人员开发掺硼正极 提升电池能量密度

（图源：materialstoday）

推广使用电动汽车，可以减少碳排放以及对化石燃料的依赖。但是，电动汽车的续航里程有限，而且成本高，让很多潜在买家望而却步。韩国汉阳大学（Hanyang University）的Yang-Kook Sun表示：“改进锂离子电池，提供更高的能量和功率密度，并且延长使用寿命，是电动汽车在商业上取得成功的一大需求。”

据外媒报道，Sun与劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）、德国尤里希研究所（Forschungszentrum Jülich）的研究人员，合作开发了新型富镍层状LiMO2正极，不仅能提供高能量密度，而且可以延长电池寿命。他指出：“层状正极已成为EV锂离子电池的标准正极，通常情况下，其容量（续航里程）与循环稳定性（电池寿命）之间存在平衡关系。”

目前，为了保持稳定，电动汽车使用的富镍锂镍钴铝氧化物（NCA）正极，在循环过程中只能实现部分放电（约60%），比如特斯拉S/X/3等车型的电池正极。不仅降低了能量密度，还增加电池的负担，提高电动汽车的总成本。在深度带电状态下，可能形成微裂纹，如果任其发展至表面，电解质会渗入其中，导致不必要的“寄生”反应，使内部表面退化，最终发生故障。

研究人员发现，通过调整正极微结构，可以解决这一问题。在富镍NCA正极中加入少量的硼，可使其微结构发生显著变化，由球形颗粒转变为中心向外辐射的细长棒状结构。在反复充电过程中，这些晶体几乎没出现任何微裂纹，即使有一点裂纹，也不会发展至表面。结果表明，经过1000次循环后，掺硼正极保留了超过80%的初始容量，相比之下，未掺硼NCA仅余49%的初始容量。

Sun指出：“人们用过很多方法来克服富镍层状正极的缺点，其中大多数集中在简单的添加物质和涂层上。我们从不同角度解决问题。为了改善正极材料的结构和力学稳定性，我们尝试调整正极材料的微结构，如粒子的尺寸、形状和晶体结构等。”

研究人员认为，通过在NCA正极中加入硼，再结合其他稳定策略（如防护涂层），可以提升电池能量密度和稳定性，使电动汽车单次充电续航里程突破300英里。