单晶合成技术增强锂二次电池的耐久性
一个研究小组最近展示了一种单晶合成技术，可显著延长电动汽车正极材料的使用寿命。这项研究发表在材料科学领域的国际期刊《ACS Materials & Interfaces》的在线版上。锂 (Li) 二次电池常用于电动汽车，它通过将电能转化为化学能，并通过锂离子在阴极和阳极之间的移动将化学能释放为电能来储存能量。这些二次电池主要使用镍 (Ni) 阴极材料，因为它们具有较高的锂离子存储容量。传统的镍基材料具有由许多微小晶体组成的多晶形态，这些晶体在充电和放电过程中会发生结构退化，从而大大缩短其使用寿命。
解决这个问题的一种方法是生产“单晶”形式的阴极材料。将镍基阴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。众所周知，单晶材料是在高温下合成并变硬的。然而，合成过程中硬化的确切过程以及发生这种情况的具体条件仍不清楚。
为了提高电动汽车用镍阴极材料的耐久性，研究人员专注于确定合成高质量单晶材料的特定温度，即所谓的“临界温度”。他们研究了各种合成温度，以确定在合成镍基阴极材料（N884）时形成单晶的最佳条件。该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，在特定临界温度以下合成的传统多晶材料在二次电池中长期使用后容易降解。然而，当在高于这一临界温度合成时，可以很容易地生产出高质量的单晶，从而获得具有超长寿命的材料。这是由于在高于某一临界温度时发生的称为“致密化”的过程。
在此过程中，材料内部晶粒尺寸增大，材料内部空隙被密集填充。致密的单晶非常坚硬，长时间内不易降解，显著提高了其耐用性。基于这些发现，该团队证实在临界温度以上合成单晶是一种更有利的材料设计策略。他们还提出了一种合成高质量单晶材料的有效方法。
该团队由钢铁与生态材料技术研究生院和材料科学与工程系的 Kyu-Young Park 教授、博士生 Kyoung Eun Lee 和浦项科技大学 (POSTECH) 钢铁与生态材料技术研究生院的校友 Yura Kim 领导，并与 POSCO Holdings N.EX.T Hub 合作。
浦项科技大学的朴教授表示：“我们引入了一种新的合成策略，以提高镍基正极材料的耐用性。我们将继续研究，使电动汽车的二次电池更便宜、更快、更耐用。”
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