Кристалл катодного долголетия

Рисунок: PNNL

В Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории (PNNL) найден способ продлить жизнь ионолитиевых аккумуляторов рецептуры NMC (никель-марганец-кобальт, например LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂). Наибольший интерес для применения в электромобилях имеет смесь NMC811, в которой восьмёрка обозначает долю никеля в 80%.

Металлические оксиды на катодах NMC-аккумуляторов под микроскопом выглядят как неровная комковатая структура. Проблема в том, что в процессе многократной зарядки и разрядки батарей эта структура распадается на кристаллы, которые теряют контакт между собой, в результате чего ёмкость аккумулятора резко снижается.

Решить проблему можно переходом к монокристаллу, не имеющему крупинок и границ между ними. Легко сказать, да трудно сделать: для массового производства катодного вещества предпочтительны недорогие технологии.

Обычно на фабриках смешивают прекурсор в виде гидроксида металлов с литиевой солью, после чего нагревают смесь. Специалисты PNNL добавили операцию предварительного нагрева прекурсора, которая меняет структуру и химические свойства гидроксидов металлов. Когда они реагируют с литиевой солью, возникает гладкая равномерная структура. Первый прототип батареи отработал тысячу циклов зарядки-разрядки, сохранив структуру катода.