Het is algemeen bekend bij de fabricage van batterijen dat veel kathodematerialen vochtgevoelig zijn. Echter, naarmate de populariteit van batterijcomponenten met een hoog nikkelgehalte toeneemt, onderzoekers van WMG, University of Warwick heeft ontdekt dat hoe droger de omstandigheden zijn waarin deze kathoden worden opgeslagen en verwerkt, dan wordt een aanzienlijke verbetering van de prestaties van de batterij bereikt.

High-Ni (nikkel) batterijen worden wereldwijd steeds populairder, met meer autobedrijven die het gebruik van hoge-Ni-batterijen voor elektrische voertuigen onderzoeken. Echter, materialen met een hoog Ni-kathode zijn gevoelig voor reactiviteit en instabiliteit wordt blootgesteld aan vochtigheid, daarom is het van cruciaal belang hoe ze worden opgeslagen om de beste prestaties te bieden.

In de krant, 'De effecten van omgevingsopslagcondities op de structurele en elektrochemische eigenschappen van NMC-811-kathoden voor Li-ionbatterijen, ' gepubliceerd in het tijdschrift Electrochimica Acta, onderzoekers van WMG, University of Warwick stelt de beste manier voor om hoog-nikkelkathoden op te slaan om voortijdige degradatie te verminderen.

Onderzoekers stelden NMC-811 (high-Ni-kathodemateriaal) bloot aan verschillende temperaturen en vochtigheid, vervolgens de prestaties en degradatie van het materiaal in een batterij gemeten over een periode van 28 dagen, analyseren met behulp van een combinatie van fysieke, chemische en elektrochemische testen. Dit omvatte microscopie met hoge resolutie om de morfologische en chemische veranderingen te identificeren die zich op micron- en submicronschaal hebben voorgedaan tijdens het opladen en ontladen van de batterijen.

De bewaarcondities waren onder meer vacuüm-ovengedroogd, als blootgesteld (aan vocht) en een beheersmaatregel. Onderzoekers zochten naar oppervlakteonzuiverheden, waaronder carbonaten en H2O, en ontdekte dat er drie processen waren die verantwoordelijk kunnen zijn voor onzuiverheden, inclusief:

1. Resterende onzuiverheden afkomstig van niet-gereageerde voorlopers tijdens synthese
2. Hogere evenwichtsdekking van oppervlaktecarbonaten/hydroxiden (aanwezig om het oppervlak van Ni-rijke materialen te stabiliseren na het syntheseproces)
3. Onzuiverheden gevormd tijdens opslagtijd bij omgevingstemperatuur

Ze ontdekten dat onder alle omstandigheden, (ovengedroogd en blootgesteld) vertoonden inferieure eerste ontlading specifieke capaciteit en cyclusprestaties, vergeleken met de controle. De as-blootgestelde meting toonde echter aan dat na 28 dagen blootstelling aan omgevingsvocht de H2O en CO ₂ reageren met de Li+ ionen in de batterijcel, resulterend in de vorming van lithiumcarbonaat en hydroxide soorten.

De vorming van carbonaten en oxiden op het oppervlak van NMC-811 draagt ​​bij aan het verlies van de elektrochemische prestatie tijdens veroudering van de materialen, vanwege de inferieure ionische en elektronische geleidbaarheid, evenals de elektrische isolatie van de actieve deeltjes. Dit betekent dat ze lithiumionen niet langer omkeerbaar kunnen opslaan om "lading" over te brengen. SEM-analyse bevestigde de intergranulaire porositeit en microscheuren op deze aggregaatdeeltjes, na 28 dagen blootstelling aan de omgeving.

Ze kunnen dus concluderen dat de droogste omstandigheden, bij dauwpunten van rond de -45oC, zijn het beste voor het opslaan EN verwerken van de materialen, om vervolgens de beste batterijprestaties te produceren. Vochtigheidsomstandigheden en blootstelling op kruispunten langs het productieproces zullen de materialen en componenten doen ervaren; dit resulteert in een kortere levensduur van de batterij.

Dr. Mel Loveridge van WMG aan de Universiteit van Warwick zegt:"Hoewel bekend is dat vocht hier problematisch is, we zijn begonnen met het bepalen van de optimale bewaarcondities die nodig zijn om ongewenste, voortijdige verslechtering van de batterijprestaties. Dergelijke maatregelen zijn van cruciaal belang om de verwerkingscapaciteit te verbeteren, en uiteindelijk het prestatieniveau te handhaven. Dit is ook van belang voor andere Ni-rijke systemen, b.v. NCA-materialen."

Professor Louis Piper van WMG aan de Universiteit van Warwick zegt:"Aanzienlijke wereldwijde onderzoeksinspanningen zullen zich blijven concentreren op deze materialen, inclusief hoe ze hun oppervlakken moeten beschermen om risico's op parasitaire reacties te elimineren voordat ze in elektroden worden verwerkt. In het Verenigd Koninkrijk, toonaangevend onderzoek door de Faraday Institution heeft een projectconsortium dat volledig is gewijd aan het ontrafelen van de degradatiemechanismen van dergelijke industrierelevante materialen."