電気自動車用バッテリーの航続距離延長が視野に(More Range for Electric Vehicle Batteries on the Horizon)

2023-12-14

2023-12-13 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

◆米国エネルギー省太平洋北西国立研究所（PNNL）が主導する新研究によれば、リチウムイオン電池の製造プロセスの簡単な変更が、電気自動車（EV）の充電ごとのエネルギー蓄積能力向上とより多くの充電サイクルに耐える能力の向上につながる可能性がある。
◆リチウムイオン電池の構成セルごとのエネルギー容量とコストは、陽極である正極（カソード）によって制約されており、このボトルネックが開かれる可能性があるとされています。新しい方法により、単結晶の高エネルギーなニッケル豊富なカソードの合成がコスト効果的に行え、電池の性能向上が期待されています。この研究は「Energy Storage Materials」に掲載されており、開発されたカソードは既存の生産設備を使用して効率的に製造でき、将来の商業化が期待されています。

＜関連情報＞

先進リチウムイオン電池のためのナノスケール相分離によるNiリッチ正極の単結晶成長と分離の同時実現 Simultaneous Single Crystal Growth and Segregation of Ni-Rich Cathode Enabled by Nanoscale Phase Separation for Advanced Lithium-Ion Batteries

Yujing Bi, Yaobin Xu, Ran Yi, Dianying Liu, Peng Zuo, Jiangtao Hu, Qiuyan Li, Jing Wu, Chongmin Wang, Sha Tan, Enyuan Hu, Jingnan Li, Rebecca O’Toole, Liu Luo, Xiaoguang Hao, Subramanian Venkatachalam, Job Rijssenbeek, Jie Xiao
Energy Storage Materials Available online: 28 August 2023
DOI:https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102947

Abstract

A novel nanoscale phase separation process has been discovered to promote the growth and segregation of single-crystal LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NMC811). This process occurs directly during high-temperature calcination without significant agglomeration. The key lies in converting transition metal hydroxide (TM(OH)₂) precursors with well-controlled morphology into transition metal oxide (TMO) intermediates before reacting them with lithium salt. The nanoscale redistribution of Ni in TMO, resulting from the concurrent formation of spinel and rock salt phases, helps to deagglomerate the clusters of later-formed NMC811 crystals. The as-prepared single-crystal NMC811 is further validated in a 2Ah pouch cell, demonstrating 1,000 stable cycles. The fundamentally new reaction mechanism of single-crystal growth and segregation provides a new direction for large-scale synthesis of a broad range of single crystals for advanced energy storage.