12月11日，Science期刊发表了一份来自太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNLL）的研究成果，其根本原理在于降低锂电富镍阴极中多晶体的含量，继而用单晶镍来改善目前锂电池的缺点。https://science.sciencemag.org/content/370/6522/1313.full

多晶阴极破碎失效示意图

镍的成本相对较低、毒性也低（对比钴），因此成为目前商用三元正极的主力材料。但镍含量越高，正极的稳定性就越差，这是由于富镍阴极多为多晶形式存在，循环过程中多晶分解会导致出现放气等失效和安全隐患问题。而破坏单晶结构会更难，这也意味着电池材料的稳定性更好。当富镍阴极从多晶转变为单晶后，无疑可以使镍含量增加更多，从而提升正极性能。

但是单晶结构也并非没有问题，PNLL研究小组发现晶体晶格层间滑动会导致微裂纹的发生。充放电过程中，离子进入和离开晶格时会产生相反的应力，随着时间推移就会出现微裂纹，尽管不会像多晶体一样分解，这仍会导致失效。

NMC76单晶正极电镜扫描图像 红色箭头显示了单晶内部的滑动

解决方案

首先，研究人员开发了高温熔盐法，在氯化钠中生长高性能单晶正极。其次，研究人员发现，在普通电压（约4.2伏）下操作电池可以将损坏降至最低，同时仍可满足电动汽车的应用需求。研究小组还预测，将单晶尺寸控制在3.5微米以下，即使在更高的电压下也能避免损坏。研究小组正在探索稳定晶格的方法，以更好地适应充放电时锂离子的进入和离开。

而新一代富镍单晶阴极的开发，会实现比目前电动汽车使用的锂离子电池至少多出25%的能量。