密歇根大学的研究表明，锂离子电池阴极的裂缝不仅有害，还能缩短电池充电时间。这与许多电动汽车制造商的观点背道而驰，他们试图最大限度地减少开裂，因为这会降低电池寿命。关于这项工作发表在RSC杂志《能源与环境科学》上。
多晶Li(Ni,Mn,Co)O 2（NMC）二次颗粒是锂离子电池最常见的正极材料。在电化学（放电）充电过程中，锂被认为扩散穿过本体并进入（离开）表面的二次颗粒。根据该模型，由于扩散长度较短和表面积与体积之比较大，较小的颗粒会循环得更快。在这项工作中，研究人员通过使用神经科学的多电极阵列开发一种新的高通量单粒子电化学平台来评估这一广泛的假设。通过测量液体电解质中 21 个单独颗粒的反应和扩散时间，他们发现颗粒尺寸与反应或扩散时间之间没有相关性，这与流行的锂传输模型形成鲜明对比。
研究人员认为电化学反应发生在二次粒子内部，这可能是由于电解质渗透到裂缝中造成的。他们的高通量单颗粒电化学平台进一步为电化学系统中单个颗粒的稳健、统计量化开辟了新领域。
该团队认为，这些发现适用于一半以上的电动汽车电池，其中阴极由数万亿个由锂镍锰钴氧化物或锂镍钴铝氧化物制成的微观颗粒组成。
理论上，阴极电荷的速度取决于颗粒的表面积与体积之比。较小的颗粒应该比较大的颗粒充电得更快，因为它们相对于体积具有更高的表面积，因此锂离子通过它们扩散的距离更短。
然而，传统方法无法直接测量单个正极颗粒的充电特性，只能测量构成电池正极的所有颗粒的平均值。这种限制意味着充电速度和阴极颗粒尺寸之间广泛接受的关系仅仅是一种假设。
测量单个阴极颗粒的充电速度是发现阴极破裂的好处的关键。研究人员通过将粒子插入多电极阵列来实现这一目标——神经科学家通常使用这种设备来研究单个脑细胞如何传输电信号。
在设计具有不破裂单晶颗粒的长寿命电池时，必须考虑破裂材料的优点。为了快速充电，这些颗粒可能需要比当今的破裂阴极颗粒更小。另一种选择是用不同的材料制造单晶阴极，这些材料可以更快地移动锂，但这些材料可能会受到必要金属供应的限制或能量密度较低。找有价值的信息，请记住Byteclicks.com
该设备是在卢里纳米加工设施中建造的，并在密歇根材料表征中心进行了研究。
该研究由 LG Energy Solution、电池创新竞赛和密歇根大学工程学院资助。
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