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汽車電池的快速放電能力不僅影響電動汽車的加速和爬坡性能，而且影響復雜駕駛循環下的可行駛里程。了解多尺度下的復雜物理和化學過程對于協助電極的戰略設計以提高倍率性能至關重要。

圖1. 放電倍率性能對NMC粒子表面形態的依賴性

在此，倫敦大學學院（UCL）Paul R Shearing, Xuekun Lu等人將富鎳NMC正極的放電倍率性能與電極結構相關聯，從單粒子水平的晶體取向、表面形態和裂紋，到影響電極水平的固態和液態傳輸（SST和LST）優勢的因素。

研究表明初級粒子的隨機取向會導致SST電阻在5C下增加2.35倍，并導致粒子內不均勻的鋰化，內部裂紋顯著限制了活性材料的可及性。雙層顆粒被證明是比單晶顆粒更有希望的候選者。

圖2. LST和SST在決定電池放電倍率性能方面的競爭分析

在電極水平，作者首次量化了SST優勢深度以指導微結構調控，并為各種結構的電極提出了合理的工作窗口。電池前端反應穿梭于電極深度以減輕極化，這可以為電池管理開發提供有價值的見解。

最后，通過比較單晶和多晶NMC811電極的性能，表明電極厚度和孔隙率對于提高單晶電極放電倍率性能更為關鍵，而多晶電極則相反，其中梯度粒子占比和尺寸分布相對更重要。

圖3. 實驗和建模綜合比較單晶和多晶NMC811電極的放電倍率性能

Multi-length scale microstructural design of lithium-ion battery electrodes for improved discharge rate performance, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01388B

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倫敦大學學院EES：提高鋰離子電池放電倍率性能的多尺度微觀結構設計

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