韓国のUNISTの研究チーム（リーダー：Hyeon Jeong Lee教授）は、高性能バッテリーの重要な構成要素である単結晶リチウムニッケルマンガン酸化物（LNMO）カソードの内部亀裂の原因を特定しました。彼らの研究は、2025年4月11日にAngewandte Chemie International Editionに掲載され、バッテリーの耐久性を向上させるための解決策を提供しています。
単結晶カソードは、粒界に起因する粒界割れがないものの、急速な充放電中に内部亀裂が発生しやすいです。研究チームは、不均一なリチウムイオン拡散が局所的な応力を生み出し、結晶の強度が超えると亀裂につながることを発見しました。
研究者らは、イオン拡散経路の収縮を抑制し、リチウムイオンの移動度を高め、内部応力を低減する構造的サポートとして機能するように、結晶格子にマグネシウムを導入しました。実験結果により、マグネシウムをドープした単結晶カソードは、急速なサイクル下で有意な安定性を示し、亀裂の形成が減少することが確認されました。
「この研究は、単結晶カソードの機械的劣化メカニズムの明確な理解を提供します」とLee教授は述べています。実験的アプローチと計算的アプローチの統合により、次世代高性能バッテリーの商業化に不可欠な構造的完全性を強化するための効果的な設計戦略が確立されました。