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2021-03-10
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盖世汽车
据外媒报道，韩国研究人员开发出一种高容量正极材料，可以在不使用昂贵和有毒的钴的情况下，使锂离子电池保持数百次稳定的充放电循环，这将有助于实现电动汽车长距离行驶。
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（图片来源：浦项科技大学）
浦项科技大学（POSTECH）材料科学与工程系的研究团队，通过开发简单的富锂层状材料合成工艺来控制局部结构，从而实现这一目标。这种高能量密度正极材料，既能稳定地维持500多次充放电循环，又不需要使用昂贵有毒的钴金属，将成为有前景的下一代高容量正极材料之一。
电动汽车的续航里程和充放电周期，取决于可充电锂离子电池的电极材料的独特性能。当锂离子在正负极之间来回流动时，就会产生电能。在使用富锂层状材料的情况下，当大量锂被提取和插入时，循环次数急剧减少。值得注意的是，当大量锂被提取，在高电荷态下发生氧反应，就会发生结构坍塌，导致电池不能保持充放电特性或高能量密度，进行长期循环。这种循环性能恶化阻碍其商业化。
该团队曾发现，在富锂层状材料的过渡金属层和锂层之间的原子均匀分布，可能是激活富锂层状材料电化学反应和循环性能的重要因素。该团队进行了一项研究，以控制合成条件，提升原子在结构中的分布程度。该团队利用固态反应，开发了一种简单而高效的新工艺，可用于制造原子分布优化的正极材料。结果表明，从电化学活性和循环性能方面看，这种合成富锂层状材料具有优化的局域结构，使大量锂得到重复利用。实验还证实，在数百次循环中，氧的氧化还原反应也是稳定可逆的。
比起能量密度为600Wh/kg的常规商用高镍层状材料（如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2），在这种优化条件下，合成无钴富锂层状材料在1100wh/kg下的可逆能量要高180%。即使去除了大量的锂，也能保持稳定的结构，使电池在经过100次循环后，可以保持95%左右的容量，经过500次循环后为83%。借助于这一突破性性能，预计电池经过数百次循环后仍能保持稳定的高能量。
研究人员表示：“对于下一代高容量富锂层状材料来说，循环性能是重要问题之一。这些研究结果的意义在于，通过相对简单地改变工艺，使这一问题得到了极大改善。”
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