【华e生活综合报道】在朴圭永教授的带领下，韩国浦项科技大学（POSTECH）的研究人员开发出了一种用于电动汽车电池中镍基阴极材料的新型单晶合成技术，该技术显著提高了电池的使用寿命和耐用性。
目前特斯拉、日产、雪佛兰汽车使用的锂电池，使用寿命通常在8到15年之间，或者行驶里程约为150,000到300,000公里。
浦项科技大学的这项高温单晶技术，据称可使电动汽车行驶里程达到一百万公里。
朴奎永领导的科研团队与POSCO控股公司的N.EX.T Hub合作，成功开发了一种单晶合成技术，大大延长了电动汽车使用的正极材料的寿命。
这项研究发表在国际材料科学领域的期刊《ACS Materials & Interfaces》的在线版上。
锂（Li）二次电池通常用于电动汽车，通过将电能转换为化学能来存储能量，并通过Li-离子在正极和负极之间的移动生成电能释放化学能到电能。这些二次电池主要使用镍（Ni）正极材料，因为它们具有较高的锂离子存储能力。传统的镍基材料具有多晶结构，由许多微小的晶体组成，这些晶体在充放电过程中会发生结构退化，显著降低其寿命。
单晶正极材料的优势
解决这个问题的一种方法是将正极材料制成“单晶”形式。将镍基正极材料制成单个大颗粒或“单晶”可以增强其结构和化学稳定性以及耐久性。已知单晶材料在高温下合成并变得坚硬。然而，合成过程中硬化的确切过程及其发生的具体条件仍不清楚。
通过这种高温单晶合成技术，电动汽车的正极材料寿命得到了显著提高，从而可能使电动汽车行驶里程达到一百万公里。这项技术的突破对电动汽车的发展具有重要意义，可能会推动更长续航里程、更高效能和更长使用寿命的电动汽车的普及。
为了提高电动汽车镍基正极材料的耐久性，研究人员集中研究了在特定温度下合成高质量单晶材料的过程，这个温度被称为“临界温度”。他们通过研究不同的合成温度，确定了合成镍基正极材料（N884）单晶的最佳条件。团队系统地观察了温度对材料容量和长期性能的影响。
研究人员发现，传统的多晶材料在低于某个临界温度合成时，长时间使用二次电池会导致退化。然而，当在高于这个临界温度下合成时，可以轻松生成高质量单晶，从而获得寿命更长的材料。
这是由于在某个临界温度以上发生的“致密化”过程。在此过程中，材料的内部晶粒尺寸增大，材料内部的空隙被密集填充。致密化的单晶极其坚硬，能够长期抵抗退化，显著提高了其耐久性。基于这些发现，团队确认在临界温度以上合成单晶是一种更有利的材料设计策略。他们还提出了一种有效的高质量单晶材料合成方法。
朴奎永教授表示：“我们引入了一种新的合成策略，以增强镍基正极材料的耐久性。”他补充说：“我们将继续研究，使电动汽车的二次电池更便宜、更快速且寿命更长。”
参考文献：“Comparison Study of a Thermal-Driven Microstructure in a High-Ni Cathode for Lithium-Ion Batteries: Critical Calcination Temperature for Polycrystalline and Single-Crystalline Design” by Kyoung Eun Lee, Yura Kim, Ju Seong Kim, Kyoung Sun Kim, Ki Joo Hong, Sang-Cheol Nam, Hyungsub Kim, Dongwook Lee and Kyu-Young Park, 29 April 2024, ACS Applied Materials & Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.4c00514
这项研究得到了POSCO Holdings和科学与ICT部基础研究计划的支持。
