このデュアル

ジャスト_スーパー / iStock

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中国華東科技大学（ECUST）の研究者チームは、リチウムイオン電池をより安く、より優れたものにする方法を発見した。 彼らは、リチウムイオン電池のニッケルリッチ正極の安定性を高める独自の戦略を開発しました。

リチウムイオン電池は 4 つの主要コンポーネントで構成されています。 カソード、電解質、セパレータ、アノード。 バッテリーの正極と負極は、安定性、導電性、エネルギー密度を高めるために特殊な材料でコーティングされています。 正極をニッケルリッチ層でコーティングすると、より高度な高エネルギーリチウムイオン電池が実現できると考えられています。

研究者らは、そのような電池は電気化学的性能が優れ、現在使用されているリチウムイオン電池よりもコストが安くなると示唆しています。 ただし、ニッケルコーティングされたカソードは非常に不安定であり、長期的にはバッテリー容量の大幅な低下につながります。

「現時点では、リチウムイオン電池の使用は主に、その正極材料の限られた比容量によって制約されています。ニッケルリッチの層状正極は、長時間使用すると構造的および界面が不安定になるため、常に急速な容量低下に悩まされます。」 「定期運用」と研究者らは指摘している。

新しく提案された戦略により、この問題を解決できます。

今回の研究は、ニッケルを豊富に含む陰極を機能させる初めての試みではない。 電気自動車市場の急速な成長により、高性能リチウムイオン電池の需要が高まっているため、科学者たちは安定性の問題を克服するためにしばらく努力してきました。 しかし、そのような取り組みのほとんどは、表面コーティングまたは元素ドーピングのいずれかに焦点を当ててきました。

研究著者らは、このような一方向性の方法ではニッケルリッチカソードの「構造的および界面の不安定性」を克服するには十分ではないと考えている。 さらに、これらの解決策は、問題を解決する代わりにバッテリー容量を減少させることがよくあります。 たとえば、単一元素のドーピングでは、ほとんどの場合、カソードと電解質の間の反応を止めることができません。

電解質の分解を引き起こし、最終的にはリチウムイオン電池の寿命と性能の大幅な低下につながります。 したがって、研究者らは、長期的にはニッケルリッチな正極を安定して実現可能にすることを約束する二重修飾戦略を提案した。

同社のバッテリー正極にはチタンがドープされ、二酸化リチウムイットリウム (Li YO2) を含むニッケル層でコーティングされています。 この二重の改質は、熱と圧力を加えてすべて (コーティング、ドープされた材料、カソード) を固体の塊に変える焼結法によって実現されます。

研究者らは、X 線回折と電子顕微鏡を使用してこのカソードをテストしました。 これらのテストにより、改良された正極は構造的に安定しており、通常の正極よりも電池容量の保持率が優れていることが明らかになりました。 100 回および 500 回の充電サイクル後、二重修飾カソードの容量保持率はそれぞれ 96.3 パーセントおよび 86.8 パーセントでした。

この 1 ステップの二重修飾プロセスをまだ完全に理解できない場合は、ここで簡単に説明します。ドーピングによって生じる強力なチタンと酸素の結合により、実際にカソードの安定性が向上します。 一方、LiYO2 ニッケルリッチ コーティングは、通常、リチウムイオン電池の容量散逸の原因となる電解質の劣化やその他の有害な副反応を防ぐことに成功しています。

研究者らは現在、二重修飾されたカソードの性能を困難な環境でテストすることを計画している。 研究著者の一人でECUST教授のハオ・ジャン氏はプレスリリースで、「材料の安全性を確保し商業利用を促進するために、極めて過酷な条件下での安定性が研究されるだろう」と述べた。

ジャン教授とそのチームは、二重修飾正極を備えた電池がすぐに市販できるよう、このプロセスを拡張可能にすることも目指している。

この研究はParticuology誌に掲載されている。