辽宁
锂离子电池的衰老，往往从一条肉眼看不见的裂缝开始。
斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的研究团队最新发现，只需改变电池正极材料生产过程中的加热方式，就能大幅减少这些微裂纹的产生，让电池在经历500次充放电循环后仍保留约93%的原始容量。
这项研究已发表在《自然能源》杂志上，被业界认为是近年来锂电池制造工艺领域最具实用价值的突破之一。
裂缝从哪里来
要理解这项研究的意义，先得搞清楚锂电池为什么会"老"。
锂离子电池在充电和放电时，锂离子会在正极和负极之间反复穿梭。正极材料，尤其是目前广泛使用的富镍层状氧化物，在这个过程中会经历反复的体积膨胀与收缩。
久而久之，材料内部积累的机械应力和热应力会让颗粒从内部开裂，形成微小裂纹。
这些裂纹一旦出现，电解液就会渗入，引发副反应，导致活性材料失效，电池储能能力随之下降。这正是电动汽车电池用了几年就"不耐用"的核心原因之一。
富镍正极材料因其高能量密度而备受青睐，但它对应力格外敏感，开裂问题也更为突出。如何在不改变材料配方、不增加成本的前提下解决这个问题，是电池行业长期悬而未决的难题。
一个"简单旋钮"的魔力
研究团队给出的答案出人意料地简洁：调整烧结过程中的升温方式。
传统工艺通常以较为统一的速率加热正极前驱体材料。而研究团队采用的新方法分为两个阶段：先以缓慢的速率加热，等材料内部结构稳定下来后，再迅速提升温度完成烧结。
这个看似微小的调整，带来了显著的结构差异。
缓慢的初始加热阶段，能够防止前驱体材料在内部形成多孔的疏松结构。一旦结构趋于致密，快速升温则能让氢氧化锂更均匀地熔化并扩散到颗粒各处，最终形成一种内部组织更加均匀的正极材料。
均匀的结构意味着应力分布更加分散，不会在局部形成集中的薄弱点，裂纹自然也就难以萌生。
为了看清楚加热过程中材料内部到底发生了什么，研究团队与布鲁克海文国家实验室合作，动用了先进的透射X射线显微镜，对化学反应过程进行实时追踪。他们还借助斯坦福同步辐射光源的X射线吸收光谱和X射线衍射技术，监测结构和化学成分在合成过程中的动态变化。
论文第一作者、斯坦福大学博士后董根恩将这个发现总结得言简意赅："有时候，最简单的旋钮反而最有效。通过精确控制加热步骤，我们能够在不改变电池化学成分的情况下，显著提高电池的稳定性。"
从实验室走向工厂
93%的容量保留率，听起来或许不算惊艳，但对于经历了500次完整循环的富镍电池而言，这一数字与同类技术中的最佳水平相当。
更关键的是，这项技术几乎不需要额外的制造成本。
现有生产线上的工业炉本身就可以调节升温曲线，无需引入新材料，无需重新设计电池结构，只是改变一个加热参数，就能让电池寿命实现可观的提升。
特斯拉高级电池工程师、斯坦福大学博士哈里·拉马钱德兰参与了这项研究。他指出，业界长期以来都知道正极开裂问题的存在，但普遍认为解决方案必然代价高昂。"我们找到了一种方法，可以利用最简单的原料，在不增加任何成本或难度的情况下，制造出更好的电池。"
研究团队目前正计划将这套工艺移植到工业级烧结炉中进行验证，并测试它是否同样适用于其他类型的电池正极材料。
如果规模化验证顺利，这套方法的应用场景将相当广泛：电网级储能系统对电池循环寿命的要求极高，数据中心的备用电源需要长期稳定运行，电动汽车用户也迫切希望电池在使用数年后仍能保持足够的续航能力。
一个升温曲线的优化，或许正在悄悄改写锂电池制造的行业标准。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
