德克萨斯大学达拉斯分校（UT Dallas）的研究人员发现了镍酸锂（LiNiO₂）电池退化的原因，并正在测试一种解决方案，以提升其稳定性并推动商业化应用。他们的方法涉及强化阴极结构，并计划利用机器人制造技术扩大电池生产规模。

研究人员找出了LiNiO₂电池退化的原因，并开发出一种结构强化方法，这可能使其应用于更耐用的锂离子电池成为现实。

镍酸锂（LiNiO₂）是一种具有前景的下一代锂离子电池材料，能延长电池寿命。然而，在多次充电循环后的退化问题一直阻碍其商业化应用。德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员找出了这种退化的原因，并测试了一个可能克服其广泛使用障碍的解决方案。他们的研究结果最近发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）期刊。

该团队的目标是首先在实验室中生产LiNiO₂电池，并最终与产业伙伴合作将这项技术推向市场。

“数十年来，使用LiNiO₂制造的电池退化一直是一个问题，但其原因尚未被充分理解，”材料科学与工程学教授、埃里克·琼森工程与计算机科学学院的Kyeongjae Cho博士说道。他同时也是“电池与能源推进商业化和国家安全”（BEACONS）计划的主任。“现在我们清楚了解了这一现象的原因，我们正在研究解决方案，以便这项技术能应用于提供更长寿命的电池，涵盖从手机到电动汽车的各种产品。”

Kyeongjae Cho博士（左），材料科学与工程学教授，以及博士生Matthew Bergschneider发现，镍酸锂中涉及氧原子的化学反应导致材料不稳定并产生裂缝。

这项研究是UTD BEACONS计划的一部分，该计划于2023年由美国国防部提供3000万美元资金启动。BEACONS的使命是开发和商业化新型电池技术与制造流程，提升国内关键原材料的可得性，并为不断扩张的电池能源存储劳动市场培养高素质的专业人才。

为了探究LiNiO₂电池在充电最后阶段退化的原因，UT Dallas的研究人员使用计算模型分析了这一过程。研究涉及理解原子层面的化学反应以及通过材料的电子重新分布。

在锂离子电池中，电流从称为阴极（正电极）的导体流出，进入阳极（负电极）。阳极通常由碳石墨制成，能以较高的电位存储锂离子。在放电过程中，锂离子通过电解质返回阴极，并将电子送回含锂的阴极，产生电化学反应并生成电力。阴极通常由包括钴在内的材料混合制成，而钴是一种稀有材料，科学家们希望用包括镍酸锂在内的替代品取代它。

UTD研究人员发现，LiNiO₂中涉及氧原子的化学反应导致材料不稳定并产生裂缝。为了解决这个问题，他们开发了一个理论解决方案，通过添加带正电的离子（阳离子）来强化材料，改变其属性，形成“支柱”以增强阴极稳定性。

Matthew Bergschneider，这位研究的首位作者已开始创建一个基于机器人的实验室，制造电池原型，探索设计出的支柱型LiNiO₂阴极的高通量合成过程。机器人功能将协助材料的合成、评估和表征。

“我们将首先少量制造并优化流程，”Bergschneider说，“然后，我们将扩大材料合成规模，每周制造数百个电池。这些都是商业化的踏脚石。”