汽车电池的快速放电性能不仅影响电动汽车的加速性能和爬坡性能，而且影响复杂行驶周期下的行驶里程。揭示跨越多个长度尺度的复杂的物理和化学过程对于电极的战略性设计以提高倍率性能至关重要。
近日，伦敦大学学院Xuekun Lu，Paul R Shearing报道了将富镍LiNi1-x-yCoxMnyO2（NMC）正极的放电倍率性能与电极结构联系起来，从晶体取向、表面形貌和单颗粒水平的裂纹，到影响电极水平固态和液态传输（SST和LST）的主导因素。
文章要点
1）研究发现，富镍NMC中，一次颗粒的随机取向导致SST电阻在5 C时增加了2.35倍，并导致了不均匀的粒子内的锂化。此外，内部裂纹极大地限制了活性材料的可获得性。同时，双层颗粒被证明是比单晶颗粒更有前途的候选颗粒。
2）在电极水平上，研究人员首次量化了SST优势深度以指导微结构调整，结果表明，小颗粒电极的孔隙率和厚度受SST的影响较大，而大颗粒电极在整个厚度范围内受SST的影响较大。此外，针对不同结构的电极提出了合理的工作窗口。通过对电化学反应空间动力学的研究，研究人员观察观察到一种通过电极中反应前移动的自平衡机制，这对开发快速放电方案和BMS控制以抑制不同几何形状电极的极化和退化具有重要意义。在此基础上，证明了分层粒径分布电极在不牺牲重量能量密度的情况下，可进一步提高倍率性能。而对于固定性储能，基于层状结构的大颗粒和小颗粒的混合有利于填充密度，从而有利于体积能量密度。
3）最后，通过对单晶NMC811（SC NMC811）和多晶NMC811（PC NMC811）电极性能的比较，发现SC NMC811电极的电极厚度和孔隙率对放电性能的提高更为关键，而PC NMC811电极的电极厚度和孔隙率建议采用梯度颗粒和尺寸分布。
参考文献
Xuekun Lu, et al, Multi-length scale microstructural design of lithium-ion battery electrodes for improved discharge rate performance, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01388B
https://doi.org/10.1039/D1EE01388B
