沒有人願意将新電池用到舊車上，電動汽車的電池壽命最好與汽車壽命一樣長。
汽車使用十年後，锂離子電池的衰減最好在20%以内，對于能量密度越來越高的電池來說，電池動力依然強勁。
科學發展至今，對锂離子電池的衰減機制了解越來越多，锂電鍍和锂枝晶的産生，電極尤其是陰極與電解質的寄生反應，锂離子的嵌入與脫嵌導緻電極材料的機械應變，電解液的降解等等都是锂離子電池衰減的根本原因。
學術界科學家們針對以上原因苦尋解決方法也是“各顯神功”，但是都離不開一點，那就是材料，對材料的了解程度，特别考驗科學家的内功。
有一個科研團隊——澳洲昆士蘭大學的研究人員，在對衆多的化學材料經過了大量的艱苦的篩選和測試後，終于确定了一種金屬稀土元素——镧（La），能顯著地減緩锂離子電池的衰減。
目前電動汽車所使用的锂離子電池，其電解液都是液體的，電極和電解液界面發生的反應和界面特性對锂離子電池的循環壽命和安全起着關鍵作用。
對電極與電解液發生反應的相關研究已經進行了約40年，之前的研究進展比較緩慢。但是近幾年電動汽車的需求增長帶動了這一研究的飛速發展。
這項研究的科學家目的在于盡可能地阻止電極與電解液的反應，減緩電極材料的降解，同時使用的材料又不能影響離子電導率。
他們首先用材料庫中很多的金屬元素摻雜進锂離子電池正極材料的主晶格中，并對它們一一進行了測試，分析摻雜劑對電極結構、溶解度極限以及電池性能的影響。
最終他們發現了镧（La）元素對晶格的特殊影響。使用同步加速器 X 射線粉末衍射圖譜對尖晶石結構進行觀察時，發現La與正極材料混溶性比較大，此外La摻雜在燒結過程中顯着降低了晶體品質，說明大 La 離子在晶格中的擴散遇到了重要的障礙。
這表明La 的不混溶性允許足夠的表面擴散，以便在高溫下更好地覆寫電極材料，而無需擔心互相擴散。
是以，La的摻雜可作為一種完美的鈍化層，在锂離子電池充放電循環期間，減少電極與電解液發生反應而産生的腐蝕。
由于锂鎳錳氧正極材料在锂離子電池中比較容易降解，這也是限制它實際應用的一個挑戰，是以，用這種材料制備的電池來測試鈍化層，能更清楚的觀察它對正極材料的保護效果。
接下來，他們制備了一種新型的锂離子電池，正極材料為锂鎳錳氧并含有La摻雜形成的鈍化層，負極材料為石墨，并對其存儲性能進行了測試。
在26°C ， 4.8 V的高電壓下，全電池在 1000 次充放電循環後，容量的保持率在80%左右。
這1000次循環是在相對比較高的比電流下進行的測量，對于壽命比較短的锂鎳錳氧電池來說，相當于将電池的壽命延長了一倍。
另外，通過電化學阻抗譜的分析顯示，與對照電池的電阻相比，加了鈍化層的電池的電阻低了約2倍！電池長循環後電阻增高會導緻電池發熱，這是性能下降的一個表現。
說明加了鈍化層的電池沒那麼容易發熱，性能在1000次充放循環後依然很好。這種方法穩定了電池的正極材料，極大地減緩了其在充放電過程中的降解。
上司這項研究的Zhoulian Wang教授說：“我們的工藝将延長許多東西的電池壽命，從智能手機和筆記本電腦到電動工具和電動汽車。”
“這種新方法所加的保護塗層，為将這些豐富的高壓材料用于下一代高能電池鋪平了道路。”
目前，他們的研究結果發表在了學術期刊《Nature Communications》上。
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作者為中國科學院博士，美國藤校研究員，科學技術控，接觸一線科技研發，樂于分享，歡迎關注科技酷探。