为什么电动汽车电池爆炸的速度比我们想象的要快？

日本计划在2030年前禁止销售燃油汽车。

人们一直认为单晶正极材料能够解决电池耐久性问题，因为它们没有通常产生裂纹的内部连接点（晶界）。但发表在《自然·纳米技术》杂志上的一项新研究表明，某些单晶材料在仅经过约100次充放电循环后，就会开始出现内部裂纹。

为什么镍还不够？大多数电动汽车制造商都押注于高镍含量的正极材料，因为这可以带来更高的能量密度和更长的续航里程。问题在于高电压下，锂的移除会削弱结构中的氧键。当裂纹形成时，液态电解质会渗入其中，引发不必要的化学反应。这些反应不仅会降低电池容量，还会导致发热量增加，从而增加起火风险。

王静博士领导的研究团队甚至发现，问题不在于接缝，而在于锂离子运动的不均匀性。在单个晶体颗粒内部，某些区域吸收锂的速度比其他区域快。这会在晶格中造成不一致性：

粒子的表面变化迅速，而核心则变化滞后。
当膨胀或收缩超过材料的弹性极限时，晶体就会开裂。
– 快速充电会迫使锂离子移动得更快、更不均匀，从而增加这些风险。

尽管业界正努力减少昂贵钴的使用，但测试表明，单晶中少量钴元素实际上有所帮助。钴能“平滑”锂的流动，并减少高压区的形成。另一方面，尽管锰是一种更便宜且伦理争议较小的替代品，但这些样品中的锰却减缓了反应速度，并增加了开裂的可能性。

科学家们指出，电池的未来或许不在于最大化能量，而在于确保材料内部反应的均匀性。下一步是将这些实验室颗粒的研究成果应用于完整的电池单元，使其能够承受实际驾驶环境的考验。目标是找到易于获取的元素，既能稳定镍，又不会造成新的内部损伤。