电动汽车（EV）中的锂离子电池通常需要间歇运行并长时间保持在高充电状态（SOC）。由于机械不稳定性，富镍正极材料的内部颗粒容易在高SOC下暴露在电解液中，因此高活性Ni⁴⁺离子与电解液反应的电解液暴露时间会严重影响正极材料的分解。近日，韩国汉阳大学Yang-Kook Sun等发现在具有核壳结构的浓度梯度Li[Ni_0.88Co_0.10Al_0.02]O₂（CSG-NCA88）正极中掺杂1%的B元素可以有效改善正极颗粒微结构并抑制电解液对颗粒内部的侵蚀性攻击。

文章要点

1）研究人员首先考察了电解液暴露时间对高荷电态高镍正极的影响。在高荷电态下Ni离子的氧化态会升高，高反应性的Ni4+与电解液之间的副反应会造成微结构的破坏。对于CSG-NCA88正极材料来说，其内部颗粒内表面可通过微裂纹轻易暴露于电解液中，随着在高SOC下保持时间的增加整个二次颗粒的结构损伤会逐渐累积。

2）相比之下，在掺硼CSG-NCAB87阴极中，其微观结构由具有更高纵横比的初级粒子组成，微裂纹的形成受到抑制，从而减少了粒子内部暴露在有害电解液中的情况。因此，即使在高荷电态下长时间电解液暴露后，CSG-NCAB87仍保持其原始微观结构。即使在45°C的高温下，该材料也显示出较高的循环稳定性。此外，当正极以3.0 C的高倍率（1800次循环后为76.2%）充电时，CSG-NCAB87的容量保持率显著提高，因为快速充电减少了高荷电态下的电解液暴露时间。CSG-NCA88和CSG-NCAB87正极的容量衰减曲线表明，正极退化的程度取决于高荷电态下的电解液暴露时间，微观结构改善可以抑制电解液暴露时间的有害影响。

参考文献

Been Namkoong et al, High-Energy Ni-Rich Cathode Materials for Long-Range and Long-Life Electric Vehicles, Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202200615

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202200615