Исследователи выявили скрытый дефект батареи, который может сократить срок службы электромобилей

По мере роста потребности в экологически чистых электромобилях, батареи с высоконикелевым катодом без кобальта (например, батареи с никелевым сердечником, покрытым марганцем) стали одной из наиболее перспективных технологий. Эти батареи увеличивают запас хода, одновременно снижая зависимость от дорогостоящих критически важных минералов. Однако новое исследование предполагает, что скрытая слабость в материале батареи может значительно сократить срок службы этих батарей нового поколения.

Исследовательская группа под руководством профессора Джин Хо Банга совместно с аспирантом Джин Ха Шимом из Университета Ханьян (Южная Корея) обнаружила, что простое воздействие воздуха на исходные материалы, используемые для производства этих катодов, может вызвать незначительные химические изменения, которые впоследствии ускоряют деградацию батареи. Исследование выявляет ранее не решенную проблему в производстве батарей и предлагает практическую стратегию для улучшения долговременной производительности. Результаты исследования были опубликованы онлайн 13 мая 2026 года и в 19-м томе, 12-м выпуске журнала Energy and Environmental Science 23 июня 2026 года.

Группа исследователей обнаружила, что марганец, элемент, обычно используемый для стабилизации высоконикелевых катодов, может неожиданно стать источником нестабильности при определенных условиях производства. Хранение исходных материалов в зонах, подверженных воздействию воздуха, приводит к окислению марганца на поверхности частиц, что затем приводит к образованию дефектных областей, обогащенных «искаженными по Яну-Теллеру» марганцевыми частицами. Эти искаженные поверхности становятся высокореактивными, что приводит к разложению электролита, растворению переходных металлов и разрушительным реакциям с графитовым анодом. В никельсодержащих аккумуляторных системах этот скрытый дефект может почти вдвое увеличить скорость снижения емкости во время длительных циклов зарядки-разрядки.

«Мы обнаружили, что обогащенная марганцем оболочка, которая обычно вводится для защиты высоконикелевых катодов, может, наоборот, стать катализатором деградации, если химический состав прекурсора не контролируется должным образом», — объясняет профессор Банг. — «Даже небольшие изменения в истории хранения прекурсора могут существенно повлиять на стабильность батареи».

Для решения этой проблемы исследователи предложили простой способ. Увеличив количество избыточного лития во время синтеза, они смогли подавить образование дефектной поверхностной фазы и восстановить стабильные связи марганец-кислород. Эти модифицированные катоды смогли сохранить более 90% своей емкости, продемонстрировав значительное улучшение долговременной долговечности.

В то время как глобальные усилия по снижению стоимости батарей и уменьшению зависимости от кобальта быстро стимулируют разработку сверхвысоконикелевых и обогащенных марганцем катодов для электромобилей, это исследование предлагает критически важные рекомендации для отрасли. Более того, исследование подчеркивает, что одного лишь исключения кобальта недостаточно; не менее важно понимать, как изменяется химический состав марганца в процессе производства.

«Наши результаты показывают, что даже незначительные изменения в истории прекурсоров могут иметь серьезные последствия для производительности батареи, поэтому управление прекурсорами является важным фактором при крупномасштабном производстве», — добавляет профессор Банг. Вместо дорогостоящих покрытий или серьезной перестройки производственных линий, тщательный контроль за обработкой прекурсоров и стехиометрией лития может обеспечить сравнительно быстрый путь к созданию более долговечных батарей. Эти улучшения в конечном итоге могут привести к созданию электромобилей с более длительным сроком службы батарей, а также принести пользу крупномасштабным системам хранения энергии, которые в будущем потребуют стабильных, высокоэнергетических батарей для применения в возобновляемой энергетике.