研究背景
极速充电（XFC），即在10到15分钟内给电池充电，已被确定为电动汽车（EV）的关键推动因素。XFC的应用需要全面了解高充电倍率是如何影响电池的。现有研究表明，负极析锂是XFC是高能量密度电池面临的挑战之一。
虽然负极析锂问题被认为是XFC过程的一个关键问题，但同时对正极中快充老化机理的了解较少。
在NMC的不同组成中，NMC811具有更高的比能量、离子扩散和导电性。与含较低Ni含量的NMCs（例如：NMC532或NMC622）相比，NMC811电池可以具有更薄的电极来实现相当的容量。然而，到目前为止，还没有任何分析表明，使用NMC811可以在有限的充电时间内促进充电接受度，以及由此产生的老化效应。
工作简介
图片来源：Advanced Energy Materials
本文作者研究了NMC811在不同的XFC条件下（1C到9C）循环1000次的老化机制。为了对电池的运作和降解有一个基本的了解，使用了一系列的电化学技术以及多模式多尺度显微技术来量化NMC正极循环条件下的化学、结构和晶体降解。
当比较NMC811和NMC532时，可以观察到NMC811具有更大的亚表面结晶退化，并且表现出相似的亚颗粒破裂程度。然而，尽管有这些降解，NMC811仍保持着优异的性能。优异的循环寿命性能归因于NMC811颗粒具有径向取向的颗粒和改善的传输性能。在4C（15分钟充电）到6C（10分钟充电）之间的充电倍率下，NMC811的容量衰减比NMC532低4.6倍到3.15倍。
内容详情
图片来源：Advanced Energy Materials
与NMC532相比，在特定充电倍率下，NMC811的极化略有改善。NMC811电池中极化的降低主要是由于NMC811的电极变薄和电子导电性的改善。传输极化中没有平台表明：两种电池中的充电——即使正极厚度略有变化，也不受电解液中Li+传输的限制。NMC811电池中传输极化的降低也可以归因于更好的固相传输特性和略薄的电极。
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当充电截止电压为4.1V时，在1C和9C之间，NMC811电池表现出非常好的充电接受度。然而，随着倍率的增加，即超过4C，由于材料利用率和电极上电解质盐浓度的不均匀性，CC+CV和CC充电之间的差异会扩大。
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上图显示了初始NMC811电极在压延后的SEM，而图b、d、f 和图c、e、g、h分别显示了 425次和600次循环后的SEM（截止电压4.1V）。图a中的原始样品没有显示出任何明显的IPP晶界。425次循环后的样品在所有颗粒中都显示出一些IPP（inter-primary particle）晶界，与倍率无关，并伴随着较大颗粒的破裂，如图b，d，f所示。1C条件下的IPP开裂程度高于4C和9C。
总结
本研究确定了NMC811正极在不同快充条件下的老化机制，将它们的影响与电极和电池水平的性能联系起来，并将其性能与先前报道的NMC532正极进行了比较。
通过电化学分析，与NMC532类似，NMC811被证明具有相似的老化机制——IPP分离（或破裂）和表界面问题。然而，其程度和对电化学性能的影响完全不同的。
与NMC532相比，NMC811正极出现了更严重的破裂和表界面问题，但在容量衰减、阻抗上升和电荷接受损失方面没有表现出相应的影响。
与NMC532类似，较高的充电倍率会导致比较低的充电倍率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的影响。
在颗粒破裂和表面问题之间，破裂被发现与正极容量衰减和阻抗上升相关，这与早期对NMC532的发现一致。
将充电截止电压限制在4.1V以下，即使在更为激进的充电倍率（9C）下，也能对减少对电池和正极老化的影响。
附：
参考文献
Tanim T R, Yang Z, Finegan D P, et al. A Comprehensive Understanding of the Aging Effects of Extreme Fast Charging on High Ni NMC Cathode[J]. Advanced Energy Materials, 2022: 2103712.
文献链接
https://doi.org/10.1002/aenm.202103712
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