リチウム電池の耐久性を向上させる新しい方法を発見(Scientists find new way to enhance durability of lithium batteries)

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2024-06-11 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

アメリカの繁栄と安全のためには、安全で効率的なエネルギー貯蔵が重要です。再生可能エネルギーと電気自動車の普及に伴い、新世代のバッテリー研究が注目されています。アルゴンヌ国立研究所の科学者たちは、ニッケル、マンガン、コバルト(NMC)を含むリチウムカソードの新しいコーティング方法を開発し、エネルギー密度を大幅に向上させました。この新しい「エピタキシャルエントロピー補助コーティング」(EEC)は、高速充電、長寿命、耐久性向上を実現します。EECコーティングは従来のコーティングよりも均一に適用でき、ナノスケールでの構造解析を通じてその効果が確認されました。EECはバッテリーの機械的安定性を高め、効率的で安全な運用を可能にします。

<関連情報>

エピタキシャルエントロピーアシストコーティングにより、急速充電中の超高Ni正極のひずみ伝播を抑制 Suppressing strain propagation in ultrahigh-Ni cathodes during fast charging via epitaxial entropy-assisted coating

Chen Zhao,Chuanwei Wang,Xiang Liu,Inhui Hwang,Tianyi Li,Xinwei Zhou,Jiecheng Diao,Junjing Deng,Yan Qin,Zhenzhen Yang,Guanyi Wang,Wenqian Xu,Chengjun Sun,Longlong Wu,Wonsuk Cha,Ian Robinson,Ross Harder,Yi Jiang,Tekin Bicer,Jun-Tao Li,Wenquan Lu,Luxi Li,Yuzi Liu,Shi-Gang Sun,… Khalil Amine
Nature Energy  Published:29 February 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-024-01465-2

A Publisher Correction to this article was published on 07 March 2024

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リチウム電池の耐久性を向上させる新しい方法を発見(Scientists find new way to enhance durability of lithium batteries)

Abstract

Surface reconstruction and the associated severe strain propagation have long been reported as the major cause of cathode failure during fast charging and long-term cycling. Despite tremendous attempts, no known strategies can simultaneously address the electro-chemomechanical instability without sacrificing energy and power density. Here we report an epitaxial entropy-assisted coating strategy for ultrahigh-Ni LiNixCoyMn1−xyO2 (x ≥ 0.9) cathodes via an oriented attachment-driven reaction between Wadsley–Roth phase-based oxides and the layered-oxide cathodes. The high anti-cracking and anti-corrosion tolerances as well as the fast ionic transport of the entropy-assisted surface effectively improved the fast charging/discharging capability, wide temperature tolerance and thermal stability of the ultrahigh-Ni cathodes. Comprehensive analysis from the primary and secondary particle level to the electrode level using multi-scale in situ synchrotron X-ray probes reveals greatly reduced lattice dislocations, anisotropic lattice strain and oxygen release as well as improved bulk/local structural stability, even when charging beyond the threshold state of charge (75%) of layered cathodes.

0402電気応用
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