AEM：10-15分钟极快充电条件下，NMC811正极比NMC532更稳定！

随着电池行业向高镍正极转变，例如LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂[NMC811]，需要全面了解NMC811在极快充电(XFC)（XFC，≤10-15分钟充电）条件下的降解机制。这种全面的理解将确定需要解决的最关键的材料差距，以使XFC长寿命电池用于电动汽车。

爱达荷州国家实验室Tanvir R. Tanim等确定了NMC811正极在不同快充条件下的主要老化机制，将它们的影响与电极和电池级性能联系起来，并将性能与之前报道的NMC532正极进行了比较。

图1 电池极化和老化数据

为加深对XFC期间NMC811的性能和失效的理解，作者采用石墨/NMC811单层软包电池（SLPC）进行了一系列有针对性的研究和测试后分析，包括不同快速充电倍率（例如1C到9C）和荷电状态(SOC，35%到100%之间)的评估。

先进的颗粒表征，包括电子背散射衍射（EBSD）和扫描电子显微镜（SEM），用于量化颗粒的结构特征，并可视化颗粒内裂纹的大小以作为循环条件的函数。此外，两种不同的建模工具（例如，伪2D[P2D]和连续损伤模型）应用于不同长度尺度的性能和老化现象，以解释NMC811正极的行为。

图2 Gr/NMC811电池在不同XFC下的循环寿命和老化性能

研究发现，将NMC811与NMC532进行比较时，NMC811正极表现出更严重的开裂和表面相间问题，但在容量衰减、阻抗上升和充电损失方面没有表现出相应的影响。例如，对于4C（15分钟充电）和6C（10分钟充电）之间的充电倍率和4.1 V充电截止电压下循环600次后，与NMC532相比，NMC811的容量保持率提高了4.6倍至3.15倍。与NMC532类似，较高的充电倍率会导致NMC811更多的表面界面问题，但这些问题对NMC811的电化学性能没有明显影响。对于所有充电倍率和电压条件，在可比的倍率和循环中，NMC811的开裂和表面相间问题比NMC532更严重。

此外，在开裂和表面问题之间，开裂与正极容量衰减和阻抗上升更相关，这与NMC532的早期发现一致。即使在激进的充电倍率（即 9C）下，将充电截止电压限制在低于4.1 V的情况下，也会对减少电池和正极老化产生有利影响。此外，NMC颗粒的P2D和3D连续模型以及映射证实，尽管NMC811比NMC532表现出更大的机械损伤，但其优越性能是由于电子导电性、离子扩散率和主要晶粒径向取向的综合效应。

图3 NMC811电极在不同XFC和不同循环圈数下的代表性SEM图像

A Comprehensive Understanding of the Aging Effects of Extreme Fast Charging on High Ni NMC Cathode. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103712