È risaputo nella produzione di batterie che molti materiali catodici sono sensibili all'umidità. Però, con l'aumentare della popolarità dei componenti delle batterie ad alto contenuto di nichel, ricercatori di WMG, L'Università di Warwick ha scoperto che più secche sono le condizioni in cui questi catodi vengono immagazzinati e lavorati, quindi si ottiene un miglioramento significativo delle prestazioni della batteria.

Le batterie High-Ni (nichel) stanno diventando sempre più popolari in tutto il mondo, con più aziende automobilistiche che stanno studiando l'uso di batterie ad alto contenuto di Ni per i veicoli elettrici. Però, i materiali catodici ad alto contenuto di Ni sono soggetti a reattività e l'instabilità è esposta all'umidità, quindi come sono immagazzinati per offrire le migliori prestazioni è cruciale.

Nella carta, "Gli effetti delle condizioni di conservazione ambientale sulle proprietà strutturali ed elettrochimiche dei catodi NMC-811 per le batterie agli ioni di litio, ' pubblicato sulla rivista Electrochimica Acta, ricercatori di WMG, L'Università di Warwick propone il modo migliore per conservare i catodi ad alto contenuto di nichel al fine di mitigare il degrado prematuro.

I ricercatori hanno esposto NMC-811 (materiale catodico ad alto contenuto di Ni) a diverse temperature e umidità, quindi misurato le prestazioni e il degrado del materiale in una batteria per un periodo di 28 giorni, analizzandoli usando una combinazione di fisica, prove chimiche ed elettrochimiche. Ciò ha incluso la microscopia ad alta risoluzione per identificare i cambiamenti morfologici e chimici che si sono verificati su scala micron e sub-micron durante la carica e la scarica delle batterie.

Le condizioni di conservazione includevano essiccato in forno sottovuoto, come esposto (all'umidità) e una misura di controllo. I ricercatori hanno cercato impurità superficiali, che includono carbonati e H2O, e ho scoperto che c'erano tre processi che possono essere responsabili delle impurità, Compreso:

1. Impurità residue provenienti da precursori non reagiti durante la sintesi
2. Maggiore copertura di equilibrio dei carbonati/idrossidi superficiali (presenti per stabilizzare la superficie dei materiali ricchi di Ni dopo il processo di sintesi)
3. Impurità formate durante il tempo di conservazione ambientale

Hanno scoperto che in tutte le condizioni, (essiccato al forno e così come esposto) ha mostrato una capacità specifica prima scaricata inferiore e prestazioni di ciclo inferiori, rispetto al controllo. Tuttavia, la misura esposta ha mostrato che dopo 28 giorni di esposizione all'umidità ambientale l'H2O e la CO ₂ reagire con gli ioni Li+ nella cella della batteria, con conseguente formazione di specie di carbonato di litio e idrossido.

La formazione di carbonati e ossidi sulla superficie di NMC-811 contribuisce alla perdita delle prestazioni elettrochimiche durante l'invecchiamento dei materiali, a causa della minore conduttività ionica ed elettronica, così come l'isolamento elettrico delle particelle attive. Ciò significa che non possono più immagazzinare in modo reversibile ioni di litio per trasmettere "carica". L'analisi al SEM ha confermato la porosità intergranulare e le microfratture su queste particelle aggregate, dopo i 28 giorni di esposizione ambientale.

Possono quindi concludere che le condizioni più secche, a punti di rugiada di circa -45oC, sono i migliori per immagazzinare E lavorare i materiali, per poi produrre le migliori prestazioni della batteria. Le condizioni di umidità e l'esposizione alle giunzioni lungo il processo di fabbricazione causeranno l'esperienza dei materiali e dei componenti; questo si traduce in una minore durata della batteria.

Il dottor Mel Loveridge della WMG dell'Università di Warwick afferma:"Anche se è noto che qui l'umidità è problematica, ci accingiamo a determinare le condizioni di conservazione ottimali necessarie per mitigare gli indesiderati, deterioramento prematuro delle prestazioni della batteria. Tali misure sono fondamentali per migliorare la capacità di elaborazione, e infine mantenere i livelli di prestazione. Questo è rilevante anche per altri sistemi ricchi di Ni, ad es. materiali NCA."

Il professor Louis Piper della WMG dell'Università di Warwick afferma:"Un notevole sforzo di ricerca globale continuerà a concentrarsi su questi materiali, compreso come proteggere le loro superfici per eliminare i rischi di reazioni parassitarie prima dell'incorporazione negli elettrodi. Nel Regno Unito, la ricerca principale della Faraday Institution ha un consorzio di progetti interamente dedicato a svelare i meccanismi di degradazione di tali materiali rilevanti per l'industria".