（圖片來源：浦項科技大學）

 

       據外媒報道，韓國研究人員開發(fā)出一種高容量正極材料，可以在不使用昂貴和有毒的鈷的情況下，使鋰離子電池保持數百次穩(wěn)定的充放電循環(huán)，這將有助于實現電動汽車長距離行駛。

 

       浦項科技大學（POSTECH）材料科學與工程系的研究團隊，通過開發(fā)簡單的富鋰層狀材料合成工藝來控制局部結構，從而實現這一目標。這種高能量密度正極材料，既能穩(wěn)定地維持500多次充放電循環(huán)，又不需要使用昂貴有毒的鈷金屬，將成為有前景的下一代高容量正極材料之一。

 

       電動汽車的續(xù)航里程和充放電周期，取決于可充電鋰離子電池的電極材料的獨特性能。當鋰離子在正負極之間來回流動時，就會產生電能。在使用富鋰層狀材料的情況下，當大量鋰被提取和插入時，循環(huán)次數急劇減少。值得注意的是，當大量鋰被提取，在高電荷態(tài)下發(fā)生氧反應，就會發(fā)生結構坍塌，導致電池不能保持充放電特性或高能量密度，進行長期循環(huán)。這種循環(huán)性能惡化阻礙其商業(yè)化。

 

       該團隊曾發(fā)現，在富鋰層狀材料的過渡金屬層和鋰層之間的原子均勻分布，可能是激活富鋰層狀材料電化學反應和循環(huán)性能的重要因素。該團隊進行了一項研究，以控制合成條件，提升原子在結構中的分布程度。該團隊利用固態(tài)反應，開發(fā)了一種簡單而高效的新工藝，可用于制造原子分布優(yōu)化的正極材料。結果表明，從電化學活性和循環(huán)性能方面看，這種合成富鋰層狀材料具有優(yōu)化的局域結構，使大量鋰得到重復利用。實驗還證實，在數百次循環(huán)中，氧的氧化還原反應也是穩(wěn)定可逆的。

 

       比起能量密度為600Wh/kg的常規(guī)商用高鎳層狀材料（如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2），在這種優(yōu)化條件下，合成無鈷富鋰層狀材料在1100wh/kg下的可逆能量要高180%。即使去除了大量的鋰，也能保持穩(wěn)定的結構，使電池在經過100次循環(huán)后，可以保持95%左右的容量，經過500次循環(huán)后為83%。借助于這一突破性性能，預計電池經過數百次循環(huán)后仍能保持穩(wěn)定的高能量。

 

       研究人員表示：“對于下一代高容量富鋰層狀材料來說，循環(huán)性能是重要問題之一。這些研究結果的意義在于，通過相對簡單地改變工藝，使這一問題得到了極大改善。”