KAIST deckt Ursache für Leistungsabfall in hochnickelhaltigen Batterien für Elektrofahrzeuge auf

08.12.2025

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Hochnickel-Batterien, bei denen es sich um hochenergetische Lithium-Ionen-Batterien handelt, die vor allem in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, bieten eine hohe Energiedichte, leiden aber unter einer schnellen Leistungsverschlechterung. Ein Forschungsteam des KAIST hat zum ersten Mal weltweit die grundlegende Ursache für die schnelle Verschlechterung (Degradation) von Hoch-Nickel-Batterien identifiziert und einen neuen Ansatz zur Lösung des Problems vorgeschlagen.

Das KAIST gab am 3. Dezember bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Nam-Soon Choi von der Abteilung für Chemie- und Biomolekulartechnik in Zusammenarbeit mit einem Forschungsteam unter der Leitung von Professor Dong-Hwa Seo von der Abteilung für Materialwissenschaft und -technik herausgefunden hat, dass das Elektrolytzusatzmittel Succinonitril (CN4), das zur Verbesserung der Batteriestabilität und -lebensdauer verwendet wird, der Hauptverursacher für die Leistungsverschlechterung von Batterien mit hohem Nickelgehalt ist.

In einer Batterie wird Strom erzeugt, indem Lithiumionen zwischen der Kathode und der Anode wandern. Der Elektrolyt enthält eine kleine Menge CN4, um die Bewegung des Lithiums zu erleichtern. Das Forscherteam bestätigte durch Computerberechnungen, dass CN4, das zwei Nitrilstrukturen (-CN) aufweist, sich übermäßig stark an die Nickelionen auf der Oberfläche der Hochnickelkathode anlagert.

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Bei der Nitrilstruktur handelt es sich um eine "hakenartige" Struktur, bei der Kohlenstoff und Stickstoff durch eine Dreifachbindung verbunden sind, wodurch es gut an Metallionen haftet. Diese starke Bindung zerstört die schützende elektrische Doppelschicht (EDL), die sich auf der Kathodenoberfläche bilden sollte. Während des Lade- und Entladevorgangs wird die Kathodenstruktur verzerrt (Jahn-Teller-Verzerrung), und sogar Elektronen aus der Kathode werden in das CN4 gezogen, was zu einer schnellen Beschädigung der Kathode führt.

Nickelionen, die bei diesem Prozess austreten, wandern durch den Elektrolyten zur Anodenoberfläche, wo sie sich anreichern. Dieses Nickel wirkt als "schlechter Katalysator", der die Zersetzung des Elektrolyten beschleunigt und Lithium vergeudet, was die Degradation der Batterie weiter beschleunigt.

Verschiedene Analysen bestätigten, dass CN4 die nickelreiche Kathodenoberfläche in eine anormale Schicht mit Nickelmangel verwandelt und die normalerweise stabile Struktur in eine anormale "Steinsalzstruktur" umwandelt.

Dies beweist die doppelte Natur von CN4: Während es in LCO-Batterien (Lithium-Kobalt-Oxid) nützlich ist, verursacht es in Batterien mit hohem Nickelanteil tatsächlich den strukturellen Zusammenbruch.

Diese Forschung ist von großer Bedeutung, da sie eine präzise Analyse darstellt, die über die einfache Kontrolle der Lade-/Entladebedingungen hinausgeht und sogar den tatsächlichen Elektronentransfer zwischen Metallionen und Elektrolytmolekülen aufklärt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse plant das Forschungsteam die Entwicklung eines neuen Elektrolytzusatzes, der für Hochnickelkathoden optimiert ist.

Professor Nam-Soon Choi erklärte: "Ein genaues Verständnis auf molekularer Ebene ist unerlässlich, um die Lebensdauer und Stabilität von Batterien zu verbessern. Diese Forschungsarbeit wird den Weg für die Entwicklung neuer Additive ebnen, die sich nicht übermäßig mit Nickel verbinden und damit einen wichtigen Beitrag zur Kommerzialisierung von Hochleistungsbatterien der nächsten Generation leisten."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Seung Hee Han, Junyoung Kim, Jae-Seung Kim, Gihoon Lee, Chaeeun Song, Junghyo Lee, Myung-Hoon Kim, Arum Amy Yu, Hee-Tak Kim, Dong-Hwa Seo, Nam-Soon Choi; "Unveiling Bidentate Nitrile-Driven Structural Degradation in High-Nickel Cathodes"; ACS Energy Letters, 2025-11-14

https://www.chemie.de/news/1187697/kaist-deckt-ursache-fuer-leistungsabfall-in-hochnickelhaltigen-batterien-fuer-elektrofahrzeuge-auf.html