12月11日，Science期刊發表了一份來自太平洋西北國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，PNLL）的研究成果，其根本原理在于降低鋰電富鎳陰極中多晶體的含量，繼而用單晶鎳來改善目前鋰電池的缺點。https://science.sciencemag.org/content/370/6522/1313.full

多晶陰極破碎失效示意圖

鎳的成本相對較低、毒性也低（對比鈷），因此成為目前商用三元正極的主力材料。但鎳含量越高，正極的穩定性就越差，這是由于富鎳陰極多為多晶形式存在，循環過程中多晶分解會導致出現放氣等失效和安全隱患問題。而破壞單晶結構會更難，這也意味著電池材料的穩定性更好。當富鎳陰極從多晶轉變為單晶后，無疑可以使鎳含量增加更多，從而提升正極性能。

但是單晶結構也并非沒有問題，PNLL研究小組發現晶體晶格層間滑動會導致微裂紋的發生。充放電過程中，離子進入和離開晶格時會產生相反的應力，隨著時間推移就會出現微裂紋，盡管不會像多晶體一樣分解，這仍會導致失效。

NMC76單晶正極電鏡掃描圖像 紅色箭頭顯示了單晶內部的滑動

解決方案

首先，研究人員開發了高溫熔鹽法，在氯化鈉中生長高性能單晶正極。其次，研究人員發現，在普通電壓（約4.2伏）下操作電池可以將損壞降至最低，同時仍可滿足電動汽車的應用需求。研究小組還預測，將單晶尺寸控制在3.5微米以下，即使在更高的電壓下也能避免損壞。研究小組正在探索穩定晶格的方法，以更好地適應充放電時鋰離子的進入和離開。

而新一代富鎳單晶陰極的開發，會實現比目前電動汽車使用的鋰離子電池至少多出25%的能量。