富鎳層狀（NCM、NCA 和 NCMA）正極被認為是為下一代電動汽車提供動力的主要候選材料。然而，不可避免的容量衰減正困擾著它們的發展，更重要的是單晶（S-NCM）和多晶（P-NCM）正極的容量衰減機制不盡相同，目前卻鮮為人知。
韓國漢陽大學Chong S. Yoon、Yang-Kook Sun等人在這項研究中，對具有各種富鎳成分的單晶（S-NCM）和多晶（P-NCM）正極的基本特性進行了綜合評估。
系統地研究了一系列粒徑約為3 μm的富鎳S-NCM正極（Ni含量為70%、80% 和90%），以將它們的特性和循環行為與傳統P-NCM正極進行比較。
與循環過程中易受晶間微裂紋影響的P-NCM正極不同，S-NCM正極即使在深度充電狀態或重復循環下也能抵抗機械斷裂。然而，由于鋰離子擴散途徑有限，S-NCM正極的電化學性能在容量和循環穩定性方面不如P-NC正極。
S-NCM和P-NCM正極的電化學性能差異隨著Ni含量的增加而增加。H2-H3相變峰被認為是富鎳層狀正極快速容量衰減的關鍵指標，隨著循環的進行，其衰減程度不同，表明S-NCM和P-NCM正極的容量衰減機制不同。
P-NCM正極的快速容量衰減主要歸因于微裂紋的形成，這些微裂紋允許電解液侵蝕，導致類似 NiO的巖鹽相的積累。相比之下，由于S-NCM正極的鋰離子擴散途徑有限，在循環過程中鋰離子濃度趨于空間不均勻，這種趨勢因高倍率和Ni含量而加劇，導致單個正極粒子內兩相共存。
原位XRD和TEM顯示，帶電的S-NCM90正極的結構不均勻性會引起不均勻的應力，從而造成結構缺陷，進而限制Li+的擴散動力學，最終導致電化學反應過程中的容量衰減。
圖2 不同循環狀態下S-NCM90和P-NCM90的形貌
Capacity Fading Mechanisms in Ni-Rich Single-Crystal NCM Cathodes. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01089
原創文章，作者：科研小搬磚，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/11/07/d9566c641e/
